Новый вид рыбок данио, производящих флуоресцентные метки в клетках-предшественниках мигрирующих эмбриональных нервов, может помочь нейробиологу и исследователю рака из Университета Райса выяснить происхождение третьего по распространенности детского рака в США
Роза Урибе, которая была принята на работу в Райс в 2017 году с помощью гранта CPRIT Scholar от Техасского института профилактики и исследования рака, создала трансгенную рыбу с коллегами из Иллинойского университета в Чикаго и Калифорнийского технологического института. - написал новую статью о них в этом месяце в журнале Genesis.
Линия рыбок данио производит флуоресцентные метки, которые ярко светятся разными цветами в зависимости от поведения гена SOX10, который активен в клетках нервного гребня, временных эмбриональных стволовых клетках, дающих начало многим типам клеток в организме, в том числе нейроны и хрящи.
«Вы можете видеть, что они уже начали мигрировать таким образом, и многие из них находятся в процессе перехода», - сказала Урибе в своем офисе, отслеживая движения зеленых клеток нервного гребня в замедленной съемке фильма. на ее компьютере. У людей клетки нервного гребня являются источником нейробластомы, распространенного детского рака, и Урибе надеется, что новая рыба может дать ключ к разгадке болезни.
"Вы можете видеть, что многие из них переходят", - сказала она о ячейках на своем экране. "Некоторые из них делятся там, там, там. А потом они выключают зеленый, что означает, что они закончили деление."
Почему клетки перестают делиться - один из ключевых вопросов, на который она надеется ответить. SOX10 является одним из более чем 20 разновидностей белков SOX, и все они регулируют быстрое деление клеток у быстрорастущих эмбрионов. Те же белки SOX также часто активируются в раковых клетках. По ее словам, обнаружение «выключателя» для SOX10 в клетках нервного гребня потенциально может привести к лечению рака, в котором играют роль белки SOX..
Урибе получила степень бакалавра в области клеточной и молекулярной биологии в Государственном университете Сан-Франциско и докторскую степень в Техасском университете в Остине. Она присоединилась к Райс после постдокторской стажировки в Калифорнийском технологическом институте, где она впервые начала изучать кишечную нервную систему - еще одну область деятельности ее лаборатории - которая формируется из клеток нервного гребня.
«Клетки нервного гребня - это стволовые клетки, которые формируются из самой ранней части нашей центральной нервной системы, нервной трубки», - сказал Урибе, доцент кафедры биологических наук. «Они экспрессируют SOX10 в дополнение к множеству других действительно важных генов».
Чтобы увидеть клетки нервного гребня во время эмбрионального развития, команда Урибе держит рыб-производителей в ультрасовременной рыбной комнате с сотнями аквариумов. Эмбрионы новой репортерской линии и более дюжины других извлекаются из резервуаров каждый день вручную и доставляются в лабораторию для наблюдения.
Рыбки данио используются для исследований по нескольким причинам. Во-первых, SOX и многие другие гены у рыб практически идентичны генам, которые выполняют те же основные функции у людей. Во-вторых, биологи накопили огромный объем знаний о рыбках данио, которые десятилетиями изучались как модельный организм. Наконец, рыбки данио быстро размножаются и развиваются - в лаборатории Урибе каждый день можно изучать новую партию эмбрионов - и рыбы прозрачны, что означает, что исследователи могут наблюдать за тем, что происходит внутри них, пока они живы.
Используя различные методы и микроскопы, Урибе и ее ученики обездвиживают живые эмбрионы и делают фотографии, чтобы проследить их развитие в течение нескольких часов. Например, клетки нервного гребня, которые впервые появляются у эмбрионов рыбок данио примерно через 12 часов после оплодотворения, отслеживались и наблюдались в течение четырех часов.
«Клетки нервного гребня также делают что-то еще, что имеет отношение к раку», - сказал Урибе. «Они претерпевают нечто, называемое эпителиально-мезенхимальным переходом, или ЭМП, вскоре после своего формирования, и именно это позволяет им отрываться и мигрировать в различные места эмбриона».
ЭМП важна для эмбрионального развития, потому что она позволяет клеткам возвращаться назад по пути развития и становиться более похожими на стебли. Эта пластичность позволяет эмбриональным клеткам формировать новые ткани, но исследователи обнаружили множество метастатических раковых заболеваний, использующих ту же генетическую схему.
Метастазы, или распространение рака на другие части тела, вызывают более 90 процентов смертей от рака. ЕМТ - это переключатель, используемый многими раковыми клетками для отделения и метастазирования.
Возможность наблюдать за клетками нервного гребня с момента их образования до окончания миграции является одним из ключей к их пониманию. Команда Урибе будет использовать для этого новую клеточную линию, в дополнение к другим, которые имеют разные цветные метки для разных репортерных генов. Они также будут смешивать и подбирать гены в новых штаммах рыбок данио, чтобы проверить, что происходит, когда клетки производят слишком много определенного белка или слишком мало. Лаборатория Урибе будет использовать для этого различные методы, в том числе CRISPR-Cas9.
Микроскопы, способные собирать замедленные изображения разноцветных светящихся клеток, также имеют решающее значение, и в лаборатории Урибе их семь. К ним относятся современный роботизированный инструмент с крошечными шлангами и насосами, который может вытягивать один эмбрион из пронумерованной тестовой камеры вверх по шлангу, транспортировать его в фокальную плоскость микроскопа, сфокусировать его, поворачивать для фотографий. под любым углом, а затем верните его и повторите процесс еще до 95 эмбрионов.
«Для замедленной миграции изображений существует программное обеспечение, способное часами отслеживать отдельные ячейки», - сказал Урибе. «Мы можем получить углы и траектории, карты маршрутов, пройденных одной клеткой или группами клеток, и мы можем получить количественные данные, такие как скорости и темпы пролиферации».
Урибе сказала, что финансирование CPRIT было критически важным для покупки лабораторного оборудования, которое она будет использовать для отслеживания происхождения нейробластомы в клетках нервного гребня.
"Наша работа над нейробластомой могла быть осуществлена только при поддержке CPRIT", сказала она.