Случайные различия между клетками на ранних этапах развития могут быть ключом к созданию разных клеток в организме, согласно новому исследованию группы под руководством профессора Вольфа Рейка. Различные типы клеток - мозг, кровь, кожа, кишечник и т. д. - все имеют уникальные и жизненно важные роли, но все они начинаются одинаково. Клетки становятся другими в результате длинной последовательности биохимических выборов, сделанных до нашего рождения. Чтобы мы были здоровы, этот выбор должен гарантировать, что мы получим правильное количество клеток каждого типа.
Ученые из Babraham Institute, EMBL-EBI и Wellcome Trust-Medical Research Council Stem Cell Institute изучили генетику стволовых клеток эмбрионов на самых ранних стадиях развития. Как правило, клетки одного типа имеют совпадающие паттерны генной активности - многие из одних и тех же генов выключены или включены во всех клетках. Это последнее исследование, опубликованное в журнале Cell Reports, показывает, что когда клетки начинают специализироваться на разных типах клеток, активность их генов становится более «шумной» - каждая клетка начинает включать или выключать разные группы генов.
Результаты, которые сосредоточены на двух вариантах выбора в начале формирования эмбриона, показывают, что, когда клетки принимают решения о том, кем стать, активность генов в разных клетках сильно различается - одни и те же гены могут быть включены в одних ячейках и выключены в других. Случайно этот шум повысит вероятность того, что некоторые клетки станут одним типом клеток, в то время как другие начнут отдавать предпочтение альтернативному типу.
Соавторами статьи были Хишам Мохаммед, Ирен Эрнандо-Эрраез и Аврора Савино. Доктор Мохаммед из Института Бабрахама сказал: «Наши анализы показывают, что повышенный уровень транскрипционного шума в двух ключевых точках раннего развития совпадает с решениями о судьбе клеток. Напротив, после этих решений клетки становятся высоко синхронизированными и быстро растут. Наше исследование систематически отображает транскрипционный шум и раскрывает новые процессы, связанные с ранними решениями о происхождении».
Этот процесс превращения одинаковых клеток в разные называется нарушением симметрии. Это исследование знаменует собой первый случай, когда метод, называемый секвенированием отдельных клеток, использовался для изучения отдельных клеток эмбрионов мыши на ранних стадиях развития. Предыдущие исследования изучали только группы клеток, поэтому было невозможно исследовать различия между клетками при нарушении симметрии.
Соавтор, профессор Дженнифер Николс из Института стволовых клеток Wellcome Trust-Medical Research Council, сказала: «Наши данные позволяют нам изучать генную активность в отдельных клетках с беспрецедентным уровнем точности. Эта деталь позволила нам чтобы наблюдать существенные различия между клетками. Регулирование шумовой активности генов во время развития может быть ключевой частью того, как клетки принимают решения о своем будущем. В будущем мы надеемся узнать, как этот процесс контролируется, чтобы лучше понять, как шум влияет на раннее развитие».
Как сказал ведущий ученый-компьютерщик, доктор Джон Мариони из EMBL-EBI: «Понимание данных, полученных в подобных исследованиях, возможно только благодаря постоянным достижениям в области вычислительной биологии., 000 единиц данных, собираемых о каждой отдельной клетке, современные компьютеры необходимы для достижения уровня чувствительности, необходимого для этого типа исследований».