如何通過空間和時(shí)間跟蹤RNA

生命的奇跡”在最開始時(shí)最為明顯：當(dāng)受精卵細(xì)胞通過犁溝分裂成卵裂球，將自身包裹在羊膜囊中，展開形成胚層。當(dāng)卵裂球開始分化成不同的細(xì)胞時(shí)——以及當(dāng)它們最終發(fā)育成一個(gè)完整的生物體時(shí)。

柏林系統(tǒng)生物學(xué)研究所 (BIMSB) 定量發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人 Jan Philipp Junker 博士說：“我們想找出各種細(xì)胞之間后來的差異是否已經(jīng)部分硬連接到受精卵細(xì)胞中。” ) 亥姆霍茲協(xié)會(huì) (MDC) 的 Max Delbrück 分子醫(yī)學(xué)中心。容克和他的團(tuán)隊(duì)正在研究細(xì)胞如何做出決定以及決定它們是否成為神經(jīng)、肌肉或皮膚細(xì)胞的因素。這涉及創(chuàng)建細(xì)胞譜系樹，使他們能夠確定來自生物體的數(shù)千個(gè)單個(gè)細(xì)胞的譜系和細(xì)胞類型。使用這些譜系樹，他們可以了解細(xì)胞如何以及通過什么機(jī)制聚集在一起形成一個(gè)有功能的有機(jī)體，或者它們?nèi)绾螌?duì)擾動(dòng)做出反應(yīng)。

單細(xì)胞胚胎中已經(jīng)存在不同細(xì)胞類型的藍(lán)圖

然而，這種通過細(xì)胞譜系樹尋找線索的過程開始于較晚的階段——即細(xì)胞分裂和分化已經(jīng)在進(jìn)行的時(shí)候。更重要的是，這些觀察涵蓋了很長的時(shí)間段。在他們目前的研究中，該研究剛剛發(fā)表在“自然通訊”雜志上許多這些 RNA 分子后來被轉(zhuǎn)運(yùn)到原始生殖細(xì)胞中。這意味著后續(xù)細(xì)胞分化的程序與受精卵細(xì)胞緊密相連。”

轉(zhuǎn)錄組學(xué)的新方法

單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)的最新方法提供了對(duì)細(xì)胞分化的良好理解。科學(xué)家根據(jù)轉(zhuǎn)錄組的相似性對(duì)單個(gè)細(xì)胞(細(xì)胞中存在的 RNA 分子的完整集合)進(jìn)行排序，并且可以使用出現(xiàn)的模式來破譯細(xì)胞如何變成它們的樣子。然而，他們不能使用這種方法來重建胚胎發(fā)育的最早階段，因?yàn)樵谶@里 RNA 分子的空間排列是至關(guān)重要的。相反，他的團(tuán)隊(duì)使用了一種稱為 tomo-seq 的專門技術(shù)，該技術(shù)是容克于 2014 年在荷蘭 Hubrecht 研究所開發(fā)的。它使科學(xué)家能夠在空間上追蹤細(xì)胞內(nèi)的 RNA 分子。這是通過將模式生物的胚胎切成薄片來實(shí)現(xiàn)的。然后可以讀取切割表面上的 RNA 譜并將其轉(zhuǎn)換為空間表達(dá)模式。Holler 改進(jìn)了 tomo-seq 技術(shù)，現(xiàn)在可以測(cè)量受精卵細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄組的空間分布。

科學(xué)家們使用另一種新技術(shù)來研究哪些定位基因后來對(duì)哪些細(xì)胞產(chǎn)生影響。“我們標(biāo)記了 RNA 分子，以便能夠在不同的發(fā)育階段跟蹤它們。這使我們不僅可以在空間中而且可以隨時(shí)間觀察 RNA，”容克解釋說。通過這種方式，科學(xué)家們可以將母體轉(zhuǎn)移到胚胎中的 RNA 與胚胎自身產(chǎn)生的 RNA 區(qū)分開來。這種稱為 scSLAM-seq 的 RNA 標(biāo)記方法在 BIMSB 的 Markus Landthaler 教授和 Nikolaus Rajewsky 教授的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了微調(diào)，使其能夠應(yīng)用于活斑馬魚。“標(biāo)記 RNA 分子使我們能夠高精度地測(cè)量單個(gè)細(xì)胞中基因表達(dá)的變化，例如，在實(shí)驗(yàn)干預(yù)后，”容克解釋說。

標(biāo)簽： RNA