Forscher entwerfen Weg, um die Schritte der Zellen Entwicklung

Wissenschaftler an der Washington University School of Medicine in St. Louis haben ein neues Hilfsmittel entwickelt, beschrieben als ein „flight data recorder“ für die Entwicklung von Zellen, die Beleuchtung der Wege-Zellen nehmen, wie Sie Fortschritte von einem Typ zu einem anderen.

Wissenschaftler hoffen, eines Tages in der Lage sein zu nehmen, Hautzellen von einem Patienten, der braucht eine Leber-Transplantation, zum Beispiel, und führen Sie die Hautzellen zusammen ein bekannter Pfad führen, in der eine neue Leber. Ohne diese zelluläre tracking-Gerät, Forscher in der Lage sind, Studie zu den ursprünglichen Zellen und die letzten Zellen im detail—aber die Wege, die Zellen nehmen zum erreichen Ihrer Ziele wurden weitgehend unbekannt.

Die Studie ist veröffentlicht Dez. 5 in der Zeitschrift Natur.

„Es gibt eine Menge von Interesse, die Potenziale der regenerativen Medizin, wachsenden Gewebe und Organe im Labor zu testen, neue Medikamente, zum Beispiel, oder für die Transplantation eines Tages,“, sagte senior-Autor Samantha A. Morris, Ph. D., ein Assistent professor für Entwicklungsbiologie. „Aber wir müssen verstehen, wie die Neuprogrammierung funktioniert. Wir wollen wissen, ob der Prozess für die Umwandlung von Hautzellen zu Zellen des Herzens ist die gleiche wie für die Leber-Zellen oder Zellen des Gehirns. Was sind die besonderen Bedingungen notwendig, um eine Zelle in einer anderen Zelle geben? Wir entwickelt dieses tool, um zu helfen, diese Fragen zu beantworten.“

Nach Angaben der Forscher, das tool konnte zeigen, cellular „Umprogrammierung“ Routen könnte bedeuten, zurücksetzen von Hautzellen zurück, um verschiedene Arten von Stammzellen, die könnte dann später eine neue Leber oder ein anderes lebenswichtiges organ. Unter den vielen potentiellen Anwendungen das tool auch könnte angewendet werden, die in der Krebsforschung, die Aufnahme, die falsche stellt sich normale Zellen dauern könnte zu entwickeln, die in Tumoren.

Mit Ihren Flug-Daten-recorder, die Forscher Experimente aufgedeckt, dass einige überraschende details über die konkreten Wege und Routen von Zellen, die erfolgreich Ihre Flugrouten. Die neuen Informationen können den Forschern helfen, die besten zu ermitteln „pre-flight“ Bedingungen für das freilegen der Zellen in der Reihenfolge, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass Ihre Reise erfolgreich sein wird. Die Wissenschaftler wollen mit der Datei die passenden Flug-plan, so zu sprechen, so dass alle Zellen kommen an der richtigen Ziele.

„Gerade jetzt, Reprogrammierung ist wirklich ineffizient,“ Morris sagte. „Wenn Sie eine Zelle Bevölkerung, wie zum Beispiel Hautzellen, und schalten Sie ihn in eine andere Zelle Bevölkerung—sagen-Darm-Zellen nur etwa 1% der Zellen erfolgreich reprogrammieren. Und weil es so ein Seltenes Ereignis, Wissenschaftler haben gedacht, es ist wahrscheinlich ein zufälliger Prozess—es gibt einige richtige Schritte gesetzt, die ein paar Zellen zufällig traf. Wir fanden genau das Gegenteil. Unsere Technologie ermöglicht es uns, zu sehen, dass, wenn eine Zelle beginnt, den richtigen Weg für die Neuprogrammierung der sehr früh in den Prozess, alle zugehörigen Geschwister-Zellen und Ihre Abkömmlinge sind auf der gleichen Seite, die gleiche Sache zu tun.“

Die Technik nutzt die natürlichen Eigenschaften eines virus, fügt winzige DNA-barcodes“, genannt CellTags,“ in jeder Zelle. Als die Zellen teilen sich, Ihrer einzigartigen barcodes weitergegeben werden, um alle Ihre Nachkommen-Zellen. An mehreren festgelegten Zeit Punkten während der 28-Tage-zelluläre Reprogrammierung Fenster, neue barcodes Hinzugefügt werden, und eine Probe der Zellen analysiert werden, um zu sehen, was Sie tun, zu diesem Wegpunkt. Die CellTagging Technik verfolgt, welche Zellen teilen gemeinsame Vorfahren und wie weit zurück, dass die gemeinsamen Vorfahren zu finden ist in der Linie, wie ein Stammbaum. In der Tat, jenseits von einzelnen Flug-tracking, das tool ermöglicht Morris und Ihr team erstellen Sie komplexe Stammbäume von Zellen, in denen erfolgreich reprogrammierten Zellen zurückgeführt werden könne, den ganzen Weg zurück zu Ihrer frühen Vorfahren.

Morris sagte Ihre Studie legt nahe, dass der Staat die Zelle ist in an der Zeit, die es empfängt, die Anweisungen zu Programmieren und hat bereits die Bühne für die Frage, ob es erfolgreich sein wird oder nicht. Dies widerspricht Annahmen, dass eine Zelle geht in viele verschiedene Richtungen, wenn es zuerst angewiesen, neu zu Programmieren.

„Wenn wir freischalten können, die cocktail der ursprünglichen Bedingungen, die Primzahlen Zellen für eine erfolgreiche Umprogrammierung, können wir verändern, Zellen, die in der Art wollen wir mit einer viel höheren Effizienz“, sagte Sie. „Wir möchten erreichen, 100 Prozent Effizienz. Das wäre wirklich spannend für die regenerative Medizin.“

Die Forscher könnten schon identifiziert haben, eine Zutat in den cocktail. Sie fanden, dass, wenn ein bestimmtes gen, genannt Mettl7a1, drehte sich auf in den Zellen, Sie waren drei mal so wahrscheinlich, um erfolgreich zu reprogrammieren, im Vergleich mit Zellen, in denen dieses gen inaktiv ist. Laut Morris, ein weiteres Interessantes Ergebnis war, dass die Zellen, die nicht erfolgreich waren in Ihrer Umprogrammierung nicht nur am Ende über die ganze Karte. Sie erschien zu konvergieren an der gleichen Sackgasse, die dazu neigt, zurück zu schauen, wie die ursprüngliche Zelle.

„Wir sehen eine einzige Sackgasse, gerade jetzt, aber als die Technologie verbessert, wir denken, es ist eine Möglichkeit, wir werden sehen, mehrere Ergebnisse,“ sagte Sie.

Die Forscher untersuchten Hautzellen von Mäusen, bei denen Sie einen molekularen cocktail, löst die DNA der Zellen zu öffnen, schalten Sie neue Gene und Programmieren Hautzellen in einen anderen Zelltyp genannte induzierte endoderm Vorfahren.

Solche Zellen entstehen sowohl Leber-Zellen und Zellen, die den Dünndarm. In einem Beispiel einer möglichen Anwendung, Morris wachsen will mini-Mumm Hilfe der Untersuchung von Frühgeborenen mit einer Bedingung genannte kurz-Darm-Syndrom. Babys zu früh geboren werden, ein hohes Risiko für eine Krankheit, dass die Ergebnisse in der Tod von Gewebe in den Darm. Zu stoppen den Schaden, manche Babys benötigen eine Operation zu entfernen Teil des Darms, resultierend in einer kürzeren Darm.

„Da ein Teil des Darms entfernt wurde, diese Kinder verlieren Ihre Fähigkeit, Nährstoffe zu absorbieren,“ Morris sagte. „Wenn wir irgendwann wachsen kann Ersatz Darm aus die menschliche version dieser Zellen, wäre das eine erstaunliche Voraus.“

Morris arbeitete mit der Washington University ‚ s Office of Technology Management, patent-Technologie. Mehrere Forscherteams weltweit bereits genommen haben, ein Interesse an der Nutzung der Morris-lab CellTagging Methode in Ihre eigenen Untersuchungen.

„Wir freuen uns und sind ermutigt zu sehen, eine Reihe von Krebs-Forschungs-Gruppen, die Annahme dieser Technologie in Ihre Labors,“ Morris sagte. „Mit dieser Methode können Sie herausfinden, welche Zellen den Krebs und verfolgen Ihre Vorfahren in der Zeit zurück, um zu sehen, was Sie Taten früh auf.“

Weitere Informationen: Biddy BA, Kong W, Kamimoto K, Guo C, Waye SE, Sun T, Morris SA. Single-cell-mapping von Abstammung und Identität im direkten Reprogrammierung. Natur. Dez. 5, 2018. DOI: 10.1038/s41586-018-0744-4 , https://www.nature.com/articles/s41586-018-0744-4