Реконструкция жизненной истории отдельной клетки
Исследователи разработали новые методы для отслеживания истории жизни отдельных клеток вплоть до их происхождения из оплодотворенной яйцеклетки. Анализируя копию человеческого генома в здоровых клетках, они смогли восстановить картину развития каждой клетки — от раннего эмбриона до ее становления частью взрослого органа.
На протяжении жизни организма все клетки тела накапливают мутации, известные как соматические. Они не наследуются от родителей и не передаются потомству. Эти соматические мутации несут в себе закодированную запись жизненного опыта каждой клетки.
Анализируя количество и типы мутаций в ДНК клетки, исследователи смогли оценить, делилась ли клетка несколько раз или множество раз, а также обнаружить «отпечатки» (сигнатуры) процессов повреждения и восстановления ДНК, которым клетка подвергалась в течение жизни организма. Более того, сравнение мутаций каждой клетки с мутациями других клеток тела позволило ученым построить детальное древо развития от оплодотворенной яйцеклетки.
«С помощью этого нового подхода мы можем заглянуть в прошлое развития организма, — говорит первый автор работы доктор Сэм Бехджати из Института Сенгера. — Если мы лучше поймем, как нормальные, здоровые клетки мутируют при делении на протяжении жизни человека, мы получим фундаментальное представление о том, что можно считать нормой и чем это отличается от того, что мы видим в раковых клетках».
Команда исследовала клетки мыши из желудка, тонкого кишечника, толстого кишечника и простаты. Отдельные клетки выращивали, чтобы получить достаточное для точного секвенирования количество ДНК. В конечном итоге технология секвенирования единичных клеток разовьется настолько, что подобные эксперименты можно будет проводить всего на одной клетке. Однако крошечные количества ДНК в одиночных клетках означают, что данные о мутациях в настоящее время недостаточно точны для восстановления достоверных линий.
Исследователи зафиксировали различия в количестве мутаций в клетках из разных изученных тканей, вероятно, обусловленные разной скоростью деления клеток. Более того, в клетках из разных тканей были обнаружены разные паттерны мутаций, что говорит о воздействии на них различных процессов повреждения и восстановления ДНК, отражающих разный жизненный опыт.
Этот эксперимент проводился на здоровых мышах. Если скорость мутаций в клетках человека схожа, эти методы можно будет использовать для изучения жизненных историй нормальных человеческих клеток.
«Взрослый человеческий организм состоит из 100 миллионов миллионов клеток, и все они произошли из одной оплодотворенной яйцеклетки, — говорит старший автор работы, профессор Майк Страттон, директор Института Сенгера. — Более широкое применение этого подхода позволит нам получить четкую картину того, как взрослые клетки развились из оплодотворенной яйцеклетки. Более того, изучая количество и типы мутаций в каждой клетке, мы сможем получить дневник, написанный в ДНК, о том, что пережила каждая здоровая клетка за свою жизнь, а затем исследовать, как это меняется при различных человеческих заболеваниях».