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如何通过空间和时间跟踪RNA

生命的奇迹”在最开始时最为明显:当受精卵细胞通过犁沟分裂成卵裂球,将自身包裹在羊膜囊中,展开形成胚层。当卵裂球开始分化成不同的细胞时——以及当它们最终发育成一个完整的生物体时。

柏林系统生物学研究所 (BIMSB) 定量发育生物学实验室负责人 Jan Philipp Junker 博士说:“我们想找出各种细胞之间后来的差异是否已经部分硬连接到受精卵细胞中。” ) 亥姆霍兹协会 (MDC) 的 Max Delbrück 分子医学中心。容克和他的团队正在研究细胞如何做出决定以及决定它们是否成为神经、肌肉或皮肤细胞的因素。这涉及创建细胞谱系树,使他们能够确定来自生物体的数千个单个细胞的谱系和细胞类型。使用这些谱系树,他们可以了解细胞如何以及通过什么机制聚集在一起形成一个有功能的有机体,或者它们如何对扰动做出反应。

单细胞胚胎中已经存在不同细胞类型的蓝图

然而,这种通过细胞谱系树寻找线索的过程开始于较晚的阶段——即细胞分裂和分化已经在进行的时候。更重要的是,这些观察涵盖了很长的时间段。在他们目前的研究中,该研究刚刚发表在“自然通讯”杂志上许多这些 RNA 分子后来被转运到原始生殖细胞中。这意味着后续细胞分化的程序与受精卵细胞紧密相连。”

转录组学的新方法

单细胞转录组学的最新方法提供了对细胞分化的良好理解。科学家根据转录组的相似性对单个细胞(细胞中存在的 RNA 分子的完整集合)进行排序,并且可以使用出现的模式来破译细胞如何变成它们的样子。然而,他们不能使用这种方法来重建胚胎发育的最早阶段,因为在这里 RNA 分子的空间排列是至关重要的。相反,他的团队使用了一种称为 tomo-seq 的专门技术,该技术是容克于 2014 年在荷兰 Hubrecht 研究所开发的。它使科学家能够在空间上追踪细胞内的 RNA 分子。这是通过将模式生物的胚胎切成薄片来实现的。然后可以读取切割表面上的 RNA 谱并将其转换为空间表达模式。Holler 改进了 tomo-seq 技术,现在可以测量受精卵细胞内转录组的空间分布。

科学家们使用另一种新技术来研究哪些定位基因后来对哪些细胞产生影响。“我们标记了 RNA 分子,以便能够在不同的发育阶段跟踪它们。这使我们不仅可以在空间中而且可以随时间观察 RNA,”容克解释说。通过这种方式,科学家们可以将母体转移到胚胎中的 RNA 与胚胎自身产生的 RNA 区分开来。这种称为 scSLAM-seq 的 RNA 标记方法在 BIMSB 的 Markus Landthaler 教授和 Nikolaus Rajewsky 教授的实验室中进行了微调,使其能够应用于活斑马鱼。“标记 RNA 分子使我们能够高精度地测量单个细胞中基因表达的变化,例如,在实验干预后,”容克解释说。

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