2018年新技术:追踪细胞血统

【字体: 时间:2018年01月11日 来源:生物通

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  近几十年来,体内标记和追踪细胞的方法已经得到长足的发展,但近期的一系列新方法延伸了谱系研究的范围——新工具能获得非常多样的细胞标记,并以高分辨率解析它们。

  ——一些复杂的细胞条形码技术正在改变细胞系

生物通报道:秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)是著名的模式动物,以其细胞家族树而闻名,通过一系列的细胞分裂产生各种成体细胞类型。在二十世纪七十年代中期,科学家们付出了巨大的努力,在无数个小时的基本显微镜探索中记录了这棵细胞树,这是一个传奇。

近几十年来,体内标记和追踪细胞的方法已经得到长足的发展,但近期的一系列新方法延伸了谱系研究的范围——新工具能获得非常多样的细胞标记,并以高分辨率解析它们。

谱系信息对于理解诸如器官发生,细胞命运选择,细胞迁移和肿瘤演化等现象非常重要。目前已经有许多方法可以用于追踪细胞,染料或在细胞,细胞群中引入遗传标记,然后在其后代鉴定谱系关系。其次,还有一组方法追踪更多的祖细胞,例如,稀疏重组(sparse recombination)可以通过荧光报告分子的不同组合来标记独特颜色,从而标记细胞。还有利用编码高多样性DNA条形码的病毒文库转染细胞,再对后代进行测序分析。

新一代的工具也利用CRISPR系统在体内发展细胞条码。

Cas9核酸酶由导向RNA引导到特定的条形码区域,进行剪切,从而在修复过程中获得一个独特的插入或缺失,这种改变随着时间而积累。有些是采用整合GFP报告基因作为靶标,生成条形码,有些是利用的合成多聚靶标位点(见后),或者导向RNA本身。通过测序读出条形码,或者通过顺序荧光原位杂交得出。

现在这些变化已经被用于通过单细胞RNA测序,获取高分辨率谱系和转录组readouts。未来期待在条码保真度和解读方面,表观遗传学数据结合方面,条码生成的时间和位置控制方面,还有整个生物谱系应用等方面都能有进一步的改进。

CRISPR与单细胞技术突破:细胞的祖宗十八代

加州理工学院的研究人员研发出了一种新技术: MEMOIR ,这种技术能读取单个细胞的历史与“家族进化树”,也就是说,能记录下来动物细胞的生活历史,比如它们与其它细胞的关系,与其它细胞的交流,还有在它身上发生的影响力事件。

生物学家利用DNA追踪人类和其他动物物种的血统,同样分子生物学家也可以使用DNA追踪细胞谱系。随着动物的发育,它们的细胞分裂,大量繁殖,生成新的下一代。科学家们一直希望能研发出重构细胞家族谱系,了解细胞何时以及如何生长的技术方法。

现在有两种功能强大的新工具能做到这一点,一个就是基因组编辑,CRISPR能在任何靶标上改变遗传密码,这样细胞基因组中的变化就能传递给下一代。分析这些编辑模式,研究人员就能识别出细胞的共同祖先,找到它们的亲戚。

另外一个工具就是sequential single molecule Fluorescence In Situ Hybridization(顺序单分子荧光原位杂交技术,生物通译),简称为 seqFISH ,这是蔡教授研究组开放的,能分析单个细胞中的活性基因。在近期Neuron的一篇文章中,这一研究组证实了这一技术能用于确定单细胞中超过200个基因的表达水平。而且这一方法还能帮助研究人员分析体内原位细胞中的基因活性,之前的技术只能针对分离细胞。

这项研究将两者结合了起来:利用seqFISH 技术追踪 CRISPR编辑基因组中的变化。

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(生物通)

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2018年新技术:空间转录组学技术

 

参考文献:

Massively parallel clonal analysis using CRISPR/Cas9 induced genetic scars

Synthetic recording and in situ readout of lineage information in single cells

 

 

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