Новая система IR-LEGO позволяет маркировать и отслеживать отдельные клетки в эмбрионах рыбки данио

Гетерогенность широко распространена среди различных типов клеток как в процессе развития, так и в состоянии гомеостаза. Исследование этой гетерогенности имеет решающее значение для понимания сложности онтогенеза, динамики и функции конкретных типов клеток.

Однако традиционные методы массового мечения не способны анализировать гетерогенность внутри популяции клеток, а новые методы трассировки клеточных линий на уровне одной клетки, созданные за последнее десятилетие, с трудом позволяют одновременно достичь высокоточной маркировки отдельной клетки и её долгосрочного наблюдения in vivo.

Чтобы решить эти проблемы, команда учёных под руководством профессоров Цюй Цзянаня и Вэнь Цзылуна из Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) разработала новый оптический метод. Он позволяет пометить одну клетку гемогенного эндотелия в эмбрионе рыбки данио и отслеживать её и её потомков.

«Мы разработали технологию инфракрасного лазерного активатора генов (IR-LEGO), в которой для измерения повышения температуры in vivo используется двухфотонный флуоресцентный термометр, что позволяет достичь точной маркировки отдельных клеток», — сказал профессор Цюй. «Термометрия на основе двухфотонной микроскопии позволяет проводить in vivo и неинвазивную визуализацию повышения температуры в области вокруг фокальной точки инфракрасного лазера в ткани с точностью около 0,5°C. Используя этот современный флуоресцентный термометр, мы успешно измерили распределение температуры в области, близкой к фокальной точке инфракрасного лазера, у живых рыбок данио. Результаты показывают, что температуру можно повысить до 40–50°C для теплового шока в чётко определённом малом 3D-объёме (~15–20 мкм), что примерно соответствует размеру одной или двух клеток».

Кроме того, фоновый шум — распространённая проблема различных технологий трассировки клеточных линий на уровне одной клетки, а именно появление сигналов зелёного флуоресцентного белка у рыбок данио без теплового шока — создаёт серьёзное препятствие для такого анализа. Чтобы минимизировать влияние этого фонового шума, команда разработала статистический алгоритм для определения распределения линий, происходящих от одной клетки.

«С помощью этого инструмента мы задокументировали, что клетки гемогенного эндотелия в заднем кровяном островке рыбок данио гетерогенны по своему кроветворному потенциалу. Наше исследование продемонстрировало, что высокоточная технология IR-LEGO на уровне одной клетки обладает выдающейся способностью выполнять маркировку отдельных клеток и долгосрочную трассировку их линий in vivo», — сказал профессор Вэнь.

Исследовательская группа — в сотрудничестве с профессором Сюй Цзинем — также выявила, что существуют как минимум две различные популяции клеток гемогенного эндотелия. Одна из них может давать начало как лимфоидным, так и миелоидным клеткам, в то время как другая — только миелоидным.

«Эти открытия проливают свет на механизмы образования крови и потенциально могут предоставить полезные инструменты для изучения развития таких заболеваний, как лейкемия. Кроме того, технология маркировки отдельных клеток может быть применена для изучения развития других тканей и органов и для ответа на многие важные вопросы, связанные с биологией стволовых клеток, включая раковые стволовые клетки», — добавил профессор Вэнь.

Результаты исследования были недавно опубликованы в научном журнале eLife.

«В будущем мы стремимся применить технологию маркировки отдельных клеток для решения фундаментальных биологических вопросов и разработки терапевтических стратегий против различных заболеваний, таких как происхождение различных типов тканей в процессе развития, отслеживание движения отдельных клеток in vivo, например, реакции иммунных клеток на различные индукционные сигналы, мониторинг клеточной конкуренции в гомеостазе тканей и образовании рака и т.д.», — добавил профессор Цюй.