Первая «клеточная карта» 20 000 клеток эмбриона млекопитающего

Ученые из Wellcome—MRC Cambridge Stem Cell Institute использовали передовые технологии, чтобы проанализировать более 20 000 индивидуальных клеток и создать первую «клеточную карту», описывающую все основные типы клеток на ранней стадии развития эмбриона млекопитающего. Исследователи использовали карту для выявления нового важного пути, участвующего в развитии клеток крови, и заявили, что карта может открыть новые возможности для медицины и разработки лекарств.

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Cell Biology, использовало пионерскую технологию single-cell для изучения генетической активности более 20 000 индивидуальных клеток эмбриона мыши на ранней стадии развития, когда формируются основные органы, такие как сердце и мозг.

Паттерны генетической активности в развивающемся эмбрионе были зафиксированы в новой «клеточной карте», которая поможет ученым понять, как клетки растут и приобретают все различные специализированные функции, необходимые для работы организма.

Команда продемонстрировала полезность своей платформы, идентифицировав новый путь, вовлеченный в раннее развитие клеток крови. Клетки крови созревают в эмбрионе вместе с другими тканями, такими как сердце, мышцы, вены и артерии, однако в этой области все еще существуют значительные пробелы в знаниях.

Профессор Берти Гёттгенс из Wellcome—MRC Cambridge Stem Cell Institute и Cambridge Institute for Medical Research Кембриджского университета сказал: «Ища известные маркеры клеток крови на нашей "клеточной карте", мы смогли идентифицировать путь биосинтеза лейкотриенов как новый регулятор раннего кроветворения».

«Доступность подходящих донорских клеток крови является ограничивающим фактором для многих пациентов, нуждающихся в трансплантации костного мозга или специализированных переливаниях крови. Выявление новых путей, управляющих нормальным развитием клеток крови, может улучшить нашу способность генерировать клетки крови для этих пациентов в лаборатории».

Данные клеточной карты также предлагают новые возможности для разработки лекарств. «Если мы знаем, какие гены активны на ключевых стадиях развития, то можем разрабатывать препараты, нацеленные на важные пути, и изменять функцию клеток при таких заболеваниях, как врожденные пороки сердца — одних из самых распространенных заболеваний, требующих хирургического вмешательства у новорожденных», — сказал автор исследования доктор Джон Мариони из Cancer Research UK Cambridge Institute, EMBL—European Bioinformatics Institute и Wellcome Trust Sanger Institute.

«Мы делаем эту всеобъемлющую single-cell карту доступной для всех исследователей и надеемся, что ее можно будет использовать для выявления ранее нераспознанных путей, способствующих развитию млекопитающих, будь то легкие, мозг, печень или любая другая ткань организма».

Доктор Мариана Дельфино-Машин, программный менеджер MRC по онкологии, сказала: «Основная задача клеточной биологии — собрать воедино точные шаги, необходимые для придания клетке ее идентичности. До сих пор экспериментальным методам не хватало точности, чтобы воспринимать различия между клетками, которые объясняют, как они развивают разные идентичности и как эти различия могут вызывать болезни. Характеристика 20 000 индивидуальных клеток эмбриона мыши на пост-имплантационной стадии — впечатляющее достижение, которое дает всесторонний обзор процессов, направляющих клетки к их индивидуальным идентичностям на этой стадии».

Доктор Эндрю Чизхолм, руководитель отдела клеточных и развивающих наук в Wellcome, сказал: «Это всесторонняя и глубокая характеристика типов клеток, присутствующих в эмбрионе мыши на этой критической стадии развития, создающая богатый ресурс для научного сообщества. Исследование иллюстрирует силу методов на основе single-cell для понимания развития таких органов, как сердце и мозг. Оно также может помочь исследователям улучшить методы создания зрелых специализированных клеток из стволовых клеток».