通过MEMOIR讲述细胞的历史

研究人员开发了一种新的方法来阅读细胞的历史和“家谱”。该技术被称为MEMOIR，或通过光学原位读数的工程诱变记忆，可以记录动物细胞的生活史 - 它们与其他细胞的关系，通信模式以及塑造它们的有影响的事件。“MEMOIR允许细胞在他们的基因组中记录他们的历史，并允许我们使用先进的显微镜方法读出这些信息，”加州理工学院化学助理教授，新研究的首席研究员Long Cai说，他于11月21日在期刊上发表自然。该论文的Colead作者是博士后学者Kirsten Frieda和Sahand Hormoz，以及研究科学家James Linton。

“通常情况下，我们只能在看到细胞时看到细胞的状态，”加州理工学院生物学和生物工程学教授，霍华德休斯医学研究所的调查员，联合首席研究员Michael Elowitz说。“但我们真正想知道的是，那个牢房的历史是什么?它的姐妹和表兄弟是谁?是谁和谁说话呢?”

这项新研究证明了原理，证明MEMOIR可以读取小鼠细胞的历史。最终，研究人员表示，该方法将有助于理解组织和动物的发育，以及对肿瘤等病变组织异常发育的研究。

重建细胞家谱

就像生物学家使用DNA追踪人类和其他动物物种的谱系一样，分子生物学家可以使用DNA来追踪细胞谱系。随着动物的发育，它们的细胞分裂和繁殖，导致新一代。分子生物学家一直在开发各种方法来重建细胞家族的谱系，并回答关于它们何时以及如何发展的问题。

两个新的强大工具帮助实现了这一目标。在一个基因组编辑中，在称为CRISPR的DNA切片系统的帮助下，可以在任何指定的靶位点改变发育中生物的遗传密码。写在一个细胞基因组中的任何变化都会传递给后代。动物发育早期发生的变化将出现在其许多细胞中，而最近的变化将出现在更少的细胞中。通过分析DNA编辑的模式，研究人员可以识别细胞的共同祖先，并弄清楚它们是如何相关的; 例如，他们可以确定哪些细胞是姐妹或堂兄弟。类似的方法被用于不同的科学领域 - 包括中世纪的历史。

“历史学家可以识别中世纪手稿的谱系和起源，因为中世纪抄写员在修道院中传播的错误，”蔡说。“因此，传播的错误对文本的历史非常有用，在我们的例子中，就是细胞。”

另一种称为连续单分子荧光原位杂交-seqFISH的工具是由Cai开发的，用于了解哪些基因在单个细胞中具有活性。在最近的一篇Neuron论文中，Cai的团队展示了该技术如何用于确定单个细胞中200多个基因的表达水平。该方法还可以让研究人员分析细胞在体内原位的基因活性。先前的技术要求细胞与其天然环境分离。

在这项新研究中，科学家将两种工具结合起来：seqFISH方法用于跟踪通过CRISPR编辑引入基因组的变化。

“关键的洞察力是开发一种特殊的基因组记忆存储元件，类似于计算机位，可以在两种不同的状态下被CRISPR翻转，”Elowitz说。“这可以通过查看具有seqFISH的细胞并确定它们是否共享相同的CRISPR编辑来区分。”

记录蜂窝“谈话”

该系统不仅可以用于了解细胞谱系信息，还可以用于了解过去细胞发生的事件 - 当它们彼此接收消息或者当它们从一种细胞类型变为另一种细胞类型时。例如，随着肿瘤的发展，一些细胞可能比其他细胞接收不同的分子信号，从而引发不同的命运。一个细胞可能转移并迁移，而另一个细胞保持静止。跟踪过去信号如何影响当前细胞命运的能力可以提供跨时间和空间的肿瘤发展的新视图。

“这项技术使我们能够获取我们以前从未了解到的细胞内的信息，”林顿说。“潜在地，MEMOIR可记录单个细胞内多种信号通路的活性，提供有关通路如何协同作用以影响细胞决策的信息，例如当神经干细胞分化成神经元时。”

在目前的研究中，研究人员追溯了三代小鼠胚胎干细胞的历史。在未来，他们希望能够追随更多世代 - 并最终通过他们的细胞回忆录了解动物发展的生活故事。

郑重声明：本文版权归原作者所有，转载文章仅为传播更多信息之目的，如有侵权行为，请第一时间联系我们修改或删除，多谢。