Как тип клетки, так и стадия развития могут быть определены на основе измерений доступности хроматина в тысячах отдельных клеток, как показывают исследователи из EMBL и Вашингтонского университета. Они использовали этот подход, чтобы выяснить, как клетки в развивающихся эмбрионах регулируют свою идентичность, когда они решают, какой клеткой стать. Nature публикует результаты 14 марта.
Этот новый и более систематический подход позволяет исследователям одновременно анализировать все различные типы клеток эмбриона и, что важно, с разрешением одной клетки.«Я ожидаю, что этот подход сэкономит лабораториям по всему миру много времени», - говорит Эйлин Ферлонг, которая вместе с Джеем Шендуром из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сиэтле руководила работой в EMBL в Гейдельберге.
Ранее исследователю приходилось сначала изолировать различные типы клеток, а затем исследовать хроматин каждого типа в отдельных партиях. Этот длительный метод обеспечивал усредненное представление по тысячам ячеек данного типа. «В предыдущих исследованиях использовались различия в содержании РНК для определения типов клеток и траекторий их развития», - говорит Шендур. «Вместо этого мы измеряем состояние хроматина в отдельных клетках, которое содержит регуляторную программу, управляющую тем, как и когда экспрессируются РНК в каждой клетке».
«Впервые мы посмотрели вверх по течению, как эти сигнатуры экспрессии регулируются и, следовательно, определяют траектории одиночных клеток на ранних стадиях разработки», - добавляет Ферлонг..
Роль хроматина
Хроматин представляет собой плотно спиральную структуру ДНК и белков, которая используется для хранения генетической информации внутри ядра клетки. Хроматин в клетке человека содержит около двух метров ДНК, упакованных в ядро диаметром менее одной сотой миллиметра. Регуляторные элементы, такие как промоторы и энхансеры, представляют собой короткие участки ДНК, которые регулируют уровни экспрессии генов и, следовательно, выработку белков, которые в конечном итоге отличают типы клеток друг от друга. Когда клетки используют определенный регуляторный элемент, хроматин разворачивается и его содержимое становится доступным. Вот почему Ферлонг, Шендуре и их коллеги ожидали, что доступность хроматина прольет свет на то, как клетка следует определенному пути развития, превращаясь, например, в высокоспециализированную мышечную или нервную клетку..
Информация о доступности хроматина в отдельных клетках позволила команде определить идентичность клетки и то, как она регулируется. Они проводили эксперименты на эмбрионах плодовых мушек, очень важном модельном организме как для биологии развития, так и для моделей болезней, но этот подход можно применить к любому виду. Результаты выявили тысячи ранее неизвестных регуляторных элементов, которые используются только в подмножестве клеток, и предсказали, когда и где каждый элемент активен во время развития. Данные, доступные через удобный браузер (см. ниже), раскрывают множество различий между типами клеток и обеспечивают мощный ресурс для будущих исследований.