Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Общие стадии развития клеток (линия развития клеток печени отмечена красным цветом)

Клеточная линия обозначает историю развития ткани или органа оплодотворенного эмбриона. [1] Это основано на отслеживании клеточной родословной организма из-за клеточных делений и перемещения с течением времени, это начинается с исходных клеток и заканчивается зрелой клеткой, которая больше не может делиться. [2]

Этот тип клонов можно изучить, пометив клетку (с помощью флуоресцентных молекул или других отслеживаемых маркеров) и проследив за ее потомством после деления клетки. Некоторые организмы, такие как C. elegans , имеют предопределенный образец клеточного потомства, и взрослый самец всегда будет состоять из 1031 клетки, это потому, что деление клеток у C. elegans генетически детерминировано и известно как эвтелез . [3] [4] Это приводит к высокой корреляции клеточного клона и клеточной судьбы. Другие организмы, такие как люди, имеют различные клоны и количество соматических клеток.

C. elegans : модельный организм [ править ]

Будучи одним из первых пионеров клеточного происхождения, в 1960-х годах доктор Сидней Бреннер впервые начал наблюдать за дифференцировкой и последовательностью клеток у нематоды 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 доктор Джон Салстон определили часть клеточного происхождения в развивающейся нервной системе C. elegans . Повторяющиеся результаты показали, что нематода была эвтелической (у каждого человека были одинаковые пути дифференцировки). Это исследование привело к первоначальным наблюдениям запрограммированной гибели клеток или апоптоза.

После картирования различных участков клеточного клона C. elegans , доктор Бреннер и его сотрудники смогли собрать воедино первую полную и воспроизводимую карту судьбы клеточного клона. Позже они получили Нобелевскую премию 2002 года за свою работу в области генетической регуляции развития органов и запрограммированной гибели клеток. [5] Поскольку c.elegans являются гермафродитами, они состоят как из мужских, так и из женских органов, где они хранят сперму и могут самооплодотворяться. C. elegans содержит 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 деления клеток благодаря их прозрачному фенотипу. [6]

История происхождения клеток [ править ]

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 определяется факторами сегрегации внутри делящихся клеток. Другие организмы имели стереотипные образцы клеточного деления и производили подлинии, которые были потомками определенных клеток-предшественников. Считается, что эти более изменчивые судьбы клеток связаны с их взаимодействием с окружающей средой. Благодаря новым достижениям в отслеживании ячеек 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 [ править ]

Дополнительная информация: Карта судьбы

Клеточный клон может быть определен 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]

Возможно, самый популярный метод картирования клеточных судеб в эпоху генетики - это сайт-специфическая рекомбинация, опосредованная системами Cre-Lox или FLP-FRT . При использовании систем рекомбинации Cre-Lox или FLP-FRT активируется репортерный ген (обычно кодирующий флуоресцентный белок) и постоянно маркирует интересующую клетку и ее дочерние клетки, таким образом, отслеживая происхождение имен клеток. [9]С помощью системы исследователи могли 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] Кроме того, некоторые флуоресцентные репортеры имеют настолько чрезвычайно низкий порог рекомбинации, что они могут метить клеточные популяции в нежелательные моменты времени в отсутствие индукции. [11]

Совсем недавно исследователи начали использовать подходы синтетической биологии и систему CRISPR / Cas9 для создания новых генетических систем, которые позволяют клеткам автономно записывать информацию о происхождении в своем собственном геноме. 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 обеспечить более всесторонний анализ родственных отношений в модельных организмах. Методы реконструкции вычислительного дерева [14] также разрабатываются для наборов данных, созданных с помощью таких подходов.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Английский словарь Коллинза - полное и несокращенное 10-е издание . Издательство HarperCollins . Проверено 2 июня 2014 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  2. ^ Giurumescu, Claudiu A .; Чисхолм, Эндрю Д. (2011). «Идентификация клеток и анализ происхождения клеток» . Методы клеточной биологии . 106 : 325–341. DOI : 10.1016 / B978-0-12-544172-8.00012-8 . ISBN 9780125441728. ISSN  0091-679X . PMC  4410678 . PMID  22118283 .
  3. ^ Sulston, JE; Хорвиц, HR (1977). "Постэмбриональные клеточные линии нематоды Caenorhabditis elegans ". Биология развития . 56 (1): 110–56. DOI : 10.1016 / 0012-1606 (77) 90158-0 . PMID 838129 . 
  4. ^ Kimble, J; Хирш, Д. (1979). «Постэмбриональные клеточные линии гермафродитов и мужских гонад Caenorhabditis elegans ». Биология развития . 70 (2): 396–417. DOI : 10.1016 / 0012-1606 (79) 90035-6 . PMID 478167 . 
  5. ^ «Нобелевская премия по физиологии и медицине за 2002 год - пресс-релиз» . www.nobelprize.org . Проверено 23 ноября 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  6. ↑ Корси, Энн К. (01.12.2006). «Руководство биохимика по C. elegans» . Аналитическая биохимия . 359 (1): 1–17. DOI : 10.1016 / j.ab.2006.07.033 . ISSN 0003-2697 . PMC 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. DOI : 10.1038 / nrg.2016.159 . ISSN 1471-0056 . PMC 5459401 . PMID 28111472 .   
  8. Перейти ↑ Chisholm, AD (2001). «Клеточная линия» (PDF) . Энциклопедия генетики . С. 302–310. DOI : 10,1006 / rwgn.2001.0172 . ISBN  9780122270802.
  9. ^ Kretzschemar, K; Ватт, FM (12 января 2012 г.). «Отслеживание происхождения» . Cell . 148 (1–2): 33–45. DOI : 10.1016 / j.cell.2012.01.002 . PMID 22265400 . 
  10. ^ Лю, J; Willet, SG; Банкайтис, ED (2013). «Непараллельная рекомбинация ограничивает репортеров на основе Cre-LoxP как точных индикаторов условной генетической манипуляции» . Бытие . 51 (6): 436–42. DOI : 10.1002 / dvg.22384 . PMC 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. DOI : 10.1007 / s11248-019-00177-8 . ISSN 0962-8819 . PMC 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. DOI : 10.1126 / science.aaf7907 . ISSN 0036-8075 . PMC 4967023 . PMID 27229144 .   
  13. ^ Фрида, Кирстен Л .; Линтон, Джеймс М .; Хормоз, Саханд; Чхве, 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 : 2017Natur.541..107F . DOI : 10,1038 / природа20777 . PMC 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). DOI : 10.1038 / s41467-020-16821-5 . PMID 32546686 .