Давняя цель нейробиологии состоит в том, чтобы классифицировать многочисленные клетки мозга по дискретным категориям в соответствии с их функциями. Такие категории могут помочь исследователям понять сложные нейронные цепи, которые в конечном итоге вызывают поведение и болезни. Однако нет единого мнения о том, какие показатели должны определять идентичность ячейки.
В новом исследовании, частично основанном на курсе Neural Systems & Behavior (NS&B) Морской биологической лаборатории, проверяется представление о том, что идентичность клетки может быть описана исключительно генами, которые она экспрессирует. Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, пропагандирует более «мультимодальный» подход к определению клеточной идентичности.
Используя популярные и мощные методы секвенирования РНК, исследователи могут сделать снимок всех генов, которые в настоящее время включены внутри клетки. Но становится все более очевидным, что такие стратегии могут быть ограничены в своей способности дать полную картину клеточной идентичности или представить изменения с течением времени.
Вместе со своими сотрудниками инструкторы NS&B Ганс Хофманн, Дэвид Шульц и Ева Мардер протестировали два популярных метода на основе РНК: секвенирование РНК отдельных клеток и количественную ОТ-ПЦР. Они применили эти методы к двум хорошо изученным кластерам нервов краба Cancer borealis - стоматогастральному и сердечному ганглиям - что позволило им сравнить результаты подходов на основе РНК с другими известными показателями клеточной идентичности.
Они обнаружили, что идентичность клеток, полученная с помощью полных профилей РНК, или «транскриптомов», не соответствовала существующей идентичности клеток, которую они собрали за годы наблюдений. Фактически, категоризация клеток на основе всего их транскриптома в конечном итоге привела к «зашифрованным» идентичностям.
Однако по мере того, как исследователи уточняли свой выбор ключевых генов для анализа, профили РНК стали больше напоминать идентичности, полученные по другим признакам, таким как паттерны иннервации, морфология и физиология. Таким образом, этот мультимодальный подход может дать более точное изображение клеточной идентичности, чем только секвенирование РНК.
По словам Хофманна, большинство исследований не удосуживаются проверить транскриптомные данные с помощью других показателей клеточной идентичности, таких как морфология и физиология. «Классификация и характеристика типов клеток часто выполняются в контексте конкретных исследований, а не на основе систематического подхода», - говорит он. «Нам действительно нужно собрать много дополнительных данных, даже по разным видам, чтобы разработать надежную таксономию типов клеток».
«Секвенирование РНК чрезвычайно перспективно и мощно, но это исследование обеспечивает ценную и необходимую проверку», - добавляет Шульц. «Вместо того, чтобы полностью полагаться на аналитику, применяемую вслепую к типу клеток, по возможности важно также учитывать несколько модальностей информации».
Хитрость, соглашаются Хофманн и Шульц, заключается в том, чтобы знать, какие данные указывают на идентичность клеток, а какие являются просто шумом, который будет мешать точной классификации.
Исследователи также должны в конечном итоге прийти к соглашению об определении «клеточной идентичности». Проведение четких границ между типами клеток полезно во многих отношениях, но в конечном итоге может быть проблематичным.
«Вскоре, - говорит Шульц, - мы начнем понимать ограниченность попыток навязать очень дискретные категории спектра типов клеток внутри и между отдельными людьми».