В ходе новой работы исследовательская группа из Университета Базеля (University of Basel), Швейцария, под руководством доктора Алекса Шиера (Alex Schier) подробно изучила процесс дифференцировки эмбриональных клеток в кардиомиоциты, нейроны и эритроциты. Ученые описали процесс развития отдельных эмбриональных клеток и определили, что их направление может изменяться во время созревания. Результаты работы были опубликованы в журнале «Science».
Каждая клетка организма происходит из одной — оплодотворенной яйцеклетки. Процесс дифференцировки эмбриональных клеток в специализированные, например нейроны или кардиомиоциты, осуществляется под контролем генетических программ, которые определяют идентификацию клеток, их дальнейшие особенности и функции. В ходе данной работы ученые проанализировали процесс созревания более 40 000 клеток и разработали новый метод изучения эмбриогенеза. Он позволяет ученым проследить весь процесс дифференцировки отдельных клеток и выделить ключевые моменты самоопределения эмбриональных клеток.
Широкоразветвленная схема развития клеток
В процессе исследования ученые изолировали 25 типов клеток, которые формируются у эмбрионов рыб Данио в первые 9 ч. Для оценки созревания клеток специалисты проанализировали их РНК — копию генетического материла, позволяющую установить, какие гены являются активными и определяют структуру и функцию клеток.
Для оценки полученных результатов ученые разработали новое программное оборудование. В ходе предыдущих работ исследователи оценивали лишь небольшое количество генов. Метод, предложенный в данном исследовании, является высокопроизводительным одноклеточным РНК-секвенированием и позволяет анализировать все активные гены при развитии клеток. Это позволило исследователям реконструировать широкоразветвленный процесс развития каждой отдельной клетки, начиная от образования оплодотворенной яйцеклетки. Кроме того, они сопоставили пространственное расположение каждой клетки в период раннего эмбриогенеза.
Гибкость процесса идентификации клетки
Авторы работы отметили, что генетическая программа, которой следует клетка на пути к дифференцировке, не является окончательной. Это означает, что путь развития каждой клетки более гибкий, чем ранее предполагалось. В ходе предыдущих исследований ученые высказывали теории, что клетки движутся по заранее определенному направлению развития и прекращают свою дифференцировку в строго обозначенный момент. Однако, оценивая полученные результаты, исследователи предположили, что различные стимулы окружающей среды могут влиять на процесс клеточного развития, приводя к изменению.
Дальнейшие направления исследования эмбриогенеза
В ходе следующих работ ученые надеются увеличить количество типов изучаемых клеток и время наблюдения за ними. Основной целью таких исследований будет построение объединенной структуры развития различных клеточных структур. Авторы работы надеются, что в будущем им удастся полностью описать процесс формирования отдельных органов, например сердца или головного мозга.
- Farrell J.A., Wang Y., Riesenfeld S. et al. (2018) Single-cell reconstruction of developmental trajectories during zebrafish embryogenesis. Science, April 26 [Epub. ahead of print].
- University of Basel (2018) Who am I? How cells find their identity. ScienceDaily. April 26.
Юлия Котикович
