Клеточная линия - Cell lineage

Общие стадии развития клеток (линия развития клеток печени выделена красным цветом)

Клеточная линия обозначает историю развития ткани или органа оплодотворенного эмбриона.[1] Это основано на отслеживании клеточного происхождения организма из-за клеточных делений и перемещения по мере того, как время прогрессирует, это начинается с исходных клеток и заканчивается зрелой клеткой, которая больше не может делиться.[2]

Этот тип клонов можно изучить, пометив клетку (флуоресцентными молекулами или другими отслеживаемыми маркерами) и проследив за ее потомством после деления клетки. Некоторые организмы, такие как C. elegans, имеют заданный образец клеточного потомства, и взрослый самец всегда будет состоять из 1031 клетки, это потому, что деление клеток в C. elegans генетически детерминирован и известен как вполне.[3][4] Это вызывает сильную корреляцию между происхождением клеток и их судьбой. Другие организмы, такие как люди, имеют различные линии происхождения и количество соматических клеток.

C. elegans: модельный организм

Как один из первых пионеров клеточной линии, в 1960-х гг. Д-р Сидней Бреннер впервые начал наблюдать дифференцировку и последовательность клеток у нематод Caenorhabditis elegans. Доктор Бреннер выбрал этот организм из-за его прозрачного тела, быстрого размножения, легкости доступа и небольшого размера, что сделало его идеальным для наблюдения за клеточными линиями под микроскопом.

К 1976 году доктор Бреннер и его помощник, Д-р Джон Салстон идентифицировали часть клеточного клона в развивающейся нервной системе C. elegans. Повторяющиеся результаты показали, что нематода была эвтелик (у каждого человека одни и те же пути дифференциации). Это исследование привело к первоначальным наблюдениям запрограммированной гибели клеток или апоптоза.

После картирования различных участков C. elegans'клеточного происхождения доктор Бреннер и его сотрудники смогли собрать воедино первые полные и воспроизводимые карта судьбы клеточного происхождения. Позже они получили Нобелевскую премию 2002 года за свою работу в области генетической регуляции развития органов и запрограммированной гибели клеток.[5] Быть тем c.elegans являются гермафродитами, состоят как из мужских, так и из женских органов, где они хранят сперму и способны к самооплодотворению. C. elegans содержат 302 нейрона и 959 соматических клеток, где они начинаются с 1031, где 72 подвергаются апоптозу, который представляет собой запрограммированную гибель клеток. Это делает c.eleganмодельный организм для изучения клеточного происхождения и возможности наблюдать клеточные деления благодаря их прозрачному фенотипу.[6]

История клеточного происхождения

Одно из первых исследований клеточных клонов было проведено в 1870-х годах Уитменом, который изучал паттерны дробления у пиявок и мелких беспозвоночных. Он обнаружил, что некоторые группы, такие как нематоды-черви и асцидии, образуют структуру деления клеток, которая одинакова у отдельных людей и остается неизменной. Считалось, что эта высокая корреляция между происхождением клеток и их судьбой обусловлена ​​факторами сегрегации внутри делящихся клеток. Другие организмы имели стереотипные образцы клеточного деления и производили суб-линии, которые были потомками определенных клеток-предшественников. Считается, что эти более изменчивые судьбы клеток связаны с взаимодействием клеток с окружающей средой. Благодаря новым достижениям в отслеживании клеток с большей точностью, это помогло биологическому сообществу, поскольку теперь для отображения исходных клеток используются различные цвета, и их можно легко отслеживать. Эти цвета являются флуоресцентными и наносятся на белки путем введения инъекций для отслеживания таких клеток.[7]

Техники картирования судьбы

Дальнейшая информация: Карта судьбы

Клеточная линия может быть определена двумя методами: прямым наблюдением или клональным анализом. В начале 19 века использовалось прямое наблюдение, однако оно было весьма ограниченным, поскольку можно было изучать только небольшие прозрачные образцы. С изобретением конфокального микроскопа это позволило изучать более крупные и сложные организмы.[8]

Пожалуй, самый популярный метод сотовой карта судьбы в генетическую эру происходит посредством сайт-специфической рекомбинации, опосредованной Cre-Lox или же FLP-FRT системы. Используя Cre-Lox или же FLP-FRT В системах рекомбинации активируется репортерный ген (обычно кодирующий флуоресцентный белок) и постоянно маркирует интересующую клетку и ее дочерние клетки, отсюда и название «отслеживание клонов клеток».[9] С помощью этой системы исследователи могут исследовать функцию своего любимого гена в определении судьбы клетки, создав генетическую модель, в которой внутри клетки одно событие рекомбинации предназначено для манипулирования интересующим геном, а другое событие рекомбинации предназначено для активации репортерного гена. Одна небольшая проблема заключается в том, что два события рекомбинации могут не происходить одновременно, поэтому результаты следует интерпретировать с осторожностью.[10] Более того, некоторые флуоресцентные репортеры имеют настолько чрезвычайно низкий порог рекомбинации, что они могут метить популяции клеток в нежелательные моменты времени в отсутствие индукции.[11]

Совсем недавно исследователи начали использовать подходы синтетической биологии и CRISPR /Cas9 система для создания новых генетических систем, которые позволяют клеткам автономно записывать информацию о происхождении в свой собственный геном. Эти системы основаны на специально разработанной целевой мутации определенных генетических элементов.[12][13] Создавая новые случайные геномные изменения в каждом поколении клеток, эти подходы облегчают реконструкцию деревьев клонов. Эти подходы обещают предоставить более всесторонний анализ родственных связей в модельных организмах. Методы реконструкции вычислительного дерева[14] также разрабатываются для наборов данных, созданных с помощью таких подходов.

Рекомендации

  1. ^ Словарь английского языка Коллинза - полное и несокращенное 10-е издание. Издательство HarperCollins. Получено 2 июн 2014.
  2. ^ Giurumescu, Claudiu A .; Чисхолм, Эндрю Д. (2011). «Идентификация клеток и анализ происхождения клеток». Методы клеточной биологии. 106: 325–341. Дои:10.1016 / B978-0-12-544172-8.00012-8. ISBN  9780125441728. ISSN  0091-679X. ЧВК  4410678. PMID  22118283.
  3. ^ Сулстон, Дж. Э .; Хорвиц, HR (1977). "Постэмбриональные линии клеток нематоды, Caenorhabditis elegans". Биология развития. 56 (1): 110–56. Дои:10.1016/0012-1606(77)90158-0. PMID  838129.
  4. ^ Kimble, J; Хирш, Д. (1979). "Постэмбриональные клеточные линии гермафродитов и мужских гонад в Caenorhabditis elegans". Биология развития. 70 (2): 396–417. Дои:10.1016/0012-1606(79)90035-6. PMID  478167.
  5. ^ «Нобелевская премия по физиологии и медицине за 2002 год - пресс-релиз». www.nobelprize.org. Получено 2015-11-23.
  6. ^ Корси, Энн К. (01.12.2006). "Руководство биохимика по C. elegans". Аналитическая биохимия. 359 (1): 1–17. Дои:10.1016 / j.ab.2006.07.033. ISSN  0003-2697. ЧВК  1855192. PMID  16942745.
  7. ^ Вудворт, Молли Б.; Гирскис, Келли М .; Уолш, Кристофер А. (апрель 2017 г.). «Построение линии из отдельных клеток: генетические методы отслеживания происхождения клеток». Обзоры природы. Генетика. 18 (4): 230–244. Дои:10.1038 / nrg.2016.159. ISSN  1471-0056. ЧВК  5459401. PMID  28111472.
  8. ^ Чисхолм, А. Д. (2001). «Клеточная линия» (PDF). Энциклопедия генетики. С. 302–310. Дои:10.1006 / rwgn.2001.0172. ISBN  9780122270802.
  9. ^ Kretzschemar, K; Ватт, Ф. (12 января 2012 г.). «Отслеживание происхождения». Клетка. 148 (1–2): 33–45. Дои:10.1016 / j.cell.2012.01.002. PMID  22265400.
  10. ^ Лю, Дж; Willet, SG; Банкайтис, ED (2013). «Непараллельная рекомбинация ограничивает репортеров на основе Cre-LoxP как точных индикаторов условной генетической манипуляции». Бытие. 51 (6): 436–42. Дои:10.1002 / dvg.22384. ЧВК  3696028. PMID  23441020.
  11. ^ Álvarez-Aznar, A .; Martínez-Corral, I .; Daubel, N .; Betsholtz, C .; Mäkinen, T .; Гаенгель, К. (2020). «Тамоксифен-независимая рекомбинация репортерных генов ограничивает отслеживание клонов и мозаичный анализ с использованием линий CreERT2». Трансгенные исследования. 29 (1): 53–68. Дои:10.1007 / s11248-019-00177-8. ISSN  0962-8819. ЧВК  7000517. PMID  31641921.
  12. ^ Маккенна, Аарон; Финдли, Грегори М .; Gagnon, James A .; Horwitz, Marshall S .; Schier, Александр Ф .; Шендуре, Джей (2016-07-29). «Отслеживание происхождения всего организма путем комбинаторного и кумулятивного редактирования генома». Наука. 353 (6298): aaf7907. Дои:10.1126 / science.aaf7907. ISSN  0036-8075. ЧВК  4967023. PMID  27229144.
  13. ^ Фрида, Кирстен Л .; Линтон, Джеймс М .; Хормоз, Саханд; Чой, Джунхёк; Чоу, Ке-Хуан К .; Певица Закари С .; Бадд, Марк В .; Elowitz, Майкл Б .; Цай, Лонг (2017). «Синтетическая запись и считывание на месте информации о происхождении в отдельных клетках». Природа. 541 (7635): 107–111. Bibcode:2017Натура.541..107F. Дои:10.1038 / природа20777. ЧВК  6487260. PMID  27869821.
  14. ^ Зафар, Хамим; Лин, Чие; Бар-Джозеф, Зив (2020). «Отслеживание клонов отдельных клеток путем интеграции мутаций CRISPR-Cas9 с транскриптомными данными». Nature Communications (3055). Дои:10.1038 / s41467-020-16821-5. PMID  32546686.