Генетическая дорожная карта к строительству всего организма от единственной клетки

От данной уединенной клетки появляется, галактика вторых должна была выстроить организм с каждой новой клеткой, развивающейся в верном месте в необходимое время, дабы выполнить правильную функцию при сотрудничестве с ее соседями.Данный подвиг – один из самых превосходных в мире природы, и не обращая внимания на десятилетия изучения, полное познание процесса ускользнуло от биологов.

Сейчас, в трех знаменательных изучениях издал онлайн 26 апреля в Науке, Медицинской школе Гарварда и отчете исследователей Гарвардского университета, как они систематически воображали каждую клетку в развивающихся эмбрионах данио-рерио и лягушки, дабы установить дорожную карту, показывающую, как одна клетка сооружает целый организм.Применяя разработку упорядочивающего единственной клетки, исследовательские группы проследили судьбы отдельных клеток за первые 24 часа судьбы эмбриона. Их изучения показывают всесторонний пейзаж, которого гены включены либо прочь, и в то время, когда, как эмбриональный переход клеток в новые страны клетки и типы.

Совместно, результаты воображают каталог генетических «рецептов» для разных типов клетки в двух ответственных образцовых разновидностях и снабжают беспрецедентный ресурс для болезни биологии и исследования развития.«С упорядочивающей единственной клеткой мы, в работе дня, можем резюмировать десятилетия кропотливого исследования клеток ответов, делают в ранних стадиях судьбы», сообщил Аллон Кляйн, на работе ее величества армии Англии доцент системной биологии и co-corresponding создатель двух лет трех Научных изучений.Биомедицински, эти ресурсы основания для того, как организмы развиваются, так же ответственны как наличие ресурсов основания для их геномов, сообщили исследователи.

«С подходами, каковые мы развивали, мы картируем то, что мы считаем, что будущее биологии развития будет, потому, что это преобразовывает в количественное, ‘громадные эти ‘-driven наука», сообщил Кляйн.В дополнение к проливанию нового света на ранние стадии судьбы работа имела возможность открыть дверь в новое познание массы заболеваний, сообщил Александр Шир, доктор наук Наук о жизни Лео Эриксона Молекулярной и Клеточной Биологии в Гарварде, и соответствующий создатель третьего изучения.«Мы предвидим, что любой сложный биологический процесс, в котором клетки изменяют экспрессию гена со временем, может восстанавливаться, применяя данный подход», сообщил Шир. «Не только развитие эмбрионов, вместе с тем и развитие рака либо мозговое вырождение».

По одномуКаждая клетка в развивающемся эмбрионе несет в нем копию полного генома организма. Как рабочие-строители, применяющие лишь соответствующую часть проекта, закладывая базу строения, клетки должны выразить нужные гены в подходящее время для эмбриона, дабы развиваться верно.

В их изучениях Кляйн сотрудничал с соавторами Марк Киршнер, HMS John Franklin Enders University Professor Системной биологии, Шона Мегэзона, на работе ее величества армии Англии адъюнкт-доктора наук системной биологии и сотрудников, дабы проанализировать данный процесс у данио-рерио и западной лягушки с носом когтя (Xenopus tropicalis) эмбрионы, две из самый прекрасно изученных образцовых разновидностей в биологии.Исследователи усилили власть InDrops, разработка упорядочивающего единственной клетки, созданная в HMS Кляйном, Kirschner и сотрудниками, дабы собрать информацию об экспрессии гена от каждой клетки эмбриона, одной клетки за один раз. Команды коллективно представили больше чем 200 000 клеток в многократных моментах времени более чем 24 часа для обеих разновидностей.

Дабы нанести на карту происхождение по существу каждой клетки как, эмбрион начинается, наровне с правильной последовательностью событий экспрессии гена, каковые отмечают типы государства и новые клетки, команды развивали новые экспериментальные и вычислительные способы, включая введение неестественных штрихкодов ДНК, дабы отследить отношения происхождения между клетками, названными TracerSeq.«Познание, как организм сделан, требует знания, какие конкретно гены включены либо отключены, потому, что клетки принимают решения судьбы, не только статическую последовательность генома», сообщил Мегасын. «Это – первый технологический подход, что разрешал нам систематически и количественно обращается к этому вопросу».

В изучении co-led Schier, исследовательская несколько применяла Понижение-Seq – разработку упорядочивающего единственной клетки, созданную исследователями в HMS и Широком Университете MIT и Гарварда – дабы изучить эмбрионы данио-рерио более чем 12 часов в пора резолюции. Подходя к Авиву Регеву, главный участник в Широком, Schier и сотрудниках вернул траектории клетки через вычислительный способ, что они назвали ИНДИЙСКОЙ ФАСОЛЬЮ по окончании норвежской мифологической фигуры, которая решает все судьбы.Schier и сотрудники представили больше чем 38 000 клеток и развивали клеточную «родословную», которая продемонстрировала, как экспрессия гена в 25 типах клетки изменилась, как они специализируются. Объединяя те эти с пространственным выводом, команда кроме этого смогла вернуть пространственное происхождение разных типов клеток в раннем эмбрионе данио-рерио.

Секрет успехаВ обеих разновидностях результаты команд отразили солидную часть того, что было ранее известно о прогрессии эмбрионального развития, итог, что выделил силу новых подходов.

Но изучения были беспрецедентны в раскрытии во всесторонних подробностях каскады событий, каковые берут клетки от раннего прародителя, либо «универсал» заявляет более специальным странам с узко определенными функциями.Команды выяснили в других отношениях тяжело обнаруживаемые подробности, такие как подтипы и редкие типы клетки и связали новые и весьма определенные образцы экспрессии гена с разными последовательностями клеточных поколений. В нескольких случаях они нашли типы клетки, появляющиеся намного ранее, чем ранее считалось.

Для ученых, стремящихся отвечать на вопросы о людской болезни, эти сведенья могли быть очень сильно осветительными. В регенеративной медицине, к примеру, исследователи стремились на протяжении многих лет руководить стволовыми клетками к определенным судьбам с целью замены дефектных клеток, тканей либо органов с функциональными.

Сравнительно не так давно подбираемые подробности о последовательности трансформаций экспрессии гена, каковые ускоряют появление определенных типов клетки, смогут продвинуть эти упрочнения потом.«С этими комплектами данных, в случае если кто-то желает сделать определенный тип клетки, у них сейчас имеется рецепт для шагов, каковые сделали те клетки, в то время, когда они сформировались в эмбрионе», сообщил Кляйн. «Мы установили в некоем смысле ссылку золотого стандарта для того, как сложные процессы дифференцирования в действительности прогрессируют в эмбрионах и подают пример для того, как систематически восстанавливать эти типы процессов».

В то время, когда объединено с одним из главных понятий в биологическом запросе – мысль уничтожить совокупность, дабы обучаться, что происходит – упорядочивающая единственная клетка может привести к пониманию, тяжёлому достигнуть прежде, сообщил Кляйн.Как подтверждение принципа, Кляйн, Мегасын и коллеги применял генную совокупность редактирования CRISPR/Cas9, дабы создать данио-рерио с формой мутанта chordin, ген, вовлеченный в определение напротив ориентация развивающегося эмбриона. Schier и сотрудники показали подобный подход профильным данио-рерио с мутацией в разном гене копирования, известном как одноглазая булавочная головка.В то время, когда проанализировано с упорядочивающей единственной клеткой, команды подтвердили ранее узнаваемые описания chordin и одноглазых миниатюрных мутантов, и имели возможность обрисовать детально либо кроме того угадать эффекты этих мутаций на развивающихся клетках и появляющихся тканях через целый эмбрион.

Нежданно, группы независимо нашли, что на уровне единственной клетки, экспрессия гена была тем же самым в мутантах и wildtype, не обращая внимания на утрату значительного сигнального пути. Пропорции разных типов клетки, но, изменились.

«Эта работа лишь стала вероятной через недавние разработки, каковые разрешают нам проанализировать экспрессию гена в тысячах отдельных клеток», сообщил Шир. «Сейчас масштаб намного больше, так, дабы мы имели возможность вернуть траекторию практически всех генов и всех клеток на протяжении embryogenesis. Это практически похоже на перемещение от наблюдения нескольких звезд к наблюдению всей вселенной».Пересмотр прошлого мнения определений

Исследовательские группы кроме этого показали, как эти сведенья смогут быть добыты, дабы ответить на давешние фундаментальные вопросы в биологии.В то время, когда Кляйн, Kirschner, Мегасын и сотрудники сравнили национальные клеткой пейзажи между эмбрионами данио-рерио и лягушки, они замечали в основном неспециализированные черты. Но их изучения продемонстрировали бессчётные неожиданности кроме этого.

Одно такое наблюдение пребывало в том, что гены, отмечающие страны клетки в одной разновидности, довольно часто были бедными генными маркерами для того же самого страны клетки в других разновидностях. В нескольких случаях они нашли, что последовательность ДНК структуры – и гена белка, что это кодирует – могла быть практически аналогичной между разновидностями, но иметь совсем второй темперамент экспрессии.«Это вправду потрясло нас, по причине того, что это противоречит со всей интуицией, которую мы имели о биологии и развитии», сообщил Кляйн. «Это было вправду неудобное наблюдение.

Это конкретно бросает вызов отечественной идее того, что это указывает быть определенным ‘типом клетки’».Обстоятельство, что эти различия не были выяснены прежде, исследователи выдвигают догадку, пребывает в том, что вычислительные изучения «обращают внимание» на эти, методом значительно отличающиеся от того, как люди делают.«Я пологаю, что это отражает некий уровень уклона подтверждения. В то время, когда ученые думать что-то сохраненным между разновидностями, они празднуют их как маркер», сообщил Мегасын. «Но довольно часто, все другие несохраненные изюминки проигнорированы.

Количественные эти оказывают помощь нам двинуться прошедший кое-какие из этих уклонов».В другом открытии нанесения удара команды увидели, что процесс клеточной дифференцировки в хорошие типы клетки – что, как в большинстве случаев думают, происходит в аналогичной дереву структуре, где разные типы клетки отклоняются от клетки неспециализированного предка – может организовать «петли», и отделения.

К примеру, нервный гребень – несколько клеток, каковые дают начало разнообразным типам ткани включая ровную мускулатуру, определенные нейроны и черепно-лицевую кость – первоначально, появляется из нервного и предшественников кожи, но известна, дабы произвести клетки, каковые кажутся практически аналогичными предшественникам кости и хряща.Новые результаты предполагают, что подобные петли имели возможность бы случиться в других обстановках. То, что у клеток в том же самом стране смогут быть совсем другие истории развития, предполагает, что отечественная иерархическая точка зрения на развитие как «дерево» через чур упрощена, сообщил Кляйн.Все три команды кроме этого выяснили определенное население клетки, которое существовало в собственного рода промежуточном состоянии «принятия ответа».

Schier и коллеги нашли, что в определенных главных точках разветвления развития клетки, казалось, спускались по одной траектории развития, но тогда поменяли их судьбу на другую траекторию.Кляйн, Мегасын, Kirschner и сотрудники сделали связанное наблюдение, что, рано в развитии, кое-какие клетки активировали две хороших программы развития. Не смотря на то, что те промежуточные клетки в конечном итоге приняли бы единственную идентичность, эти открытия додают к картине того, как клетки развивают собственную вероятную судьбу и намекают, что смогут быть факторы вне генов, вовлеченных в направление судьбы клетки.

«С клетками мультипроисхождения мы должны начать задаваться вопросом, определяется ли их последняя будущее некоей отборной силой либо сотрудничеством с окружающей средой, а не просто генетическими программами», сообщил Киршнер.Будущий фондНедавно произведенные комплекты данных и новые технологии и инструменты развивались, потому, что часть этих изучений закладывает базу широкому спектру будущего изучения, по словам авторов.Биологи развития смогут собраться больше и более высокие качественные эти по многим разновидностям, следовать за эмбрионами потом своевременно и выполнить любое количество опытов беспокойства, все из которых смогут оказать помощь улучшить отечественное познание фундаментальных болезни и правил биологии.

Эти ресурсы смогут кроме этого являться центром взаимодействия и сотрудничества, поскольку у многих лабораторий нет глубины экспертных знаний, должен был эксплуатировать все сведенья и произведенную данные, отметили авторы.«Я пологаю, что эти изучения создают настоящее чувство принадлежности к коллективу с исследователями, вызывающими вопросы и взаимодействующими между собой методом, что слушает назад более ранние времена в изучении эмбриологии», сообщил Киршнер.

Три изучения, кожный покров сообщил, являются примером того, как научное сообщество может трудиться над дополнительными вопросами ответить на серьёзные вопросы в биологии.«Вместо конкуренции отечественные группы были в постоянном контакте за прошлые два года и скоординировали публикацию отечественных изучений», сообщил он. «И превосходно, как дополнительный эти три бумаги – любой подчеркивает разные методы, которыми такие сложные комплекты разрешённых могут производиться, анализироваться и интерпретироваться».

Следующий концептуальный прыжок, команды предлагают, обязан будет лучше осознать, как приняты решения судьбы клетки.«Прямо на данный момент у нас имеется дорожная карта, но она не говорит нам, каковы символы», сообщил Мегасын. «Что мы должны сделать, узнать сигналы, что прямые клетки вниз определенные дороги, и что внутренние механизмы – это, разрешают клеткам принимать те решения».

Независимо от того, что будущее держится, эти комплекты данных покинут собственную отметку.«Красота работы над организмом пребывает в том, что это – она», сообщил Кляйн. «Десять, 20 лет с этого времени, мы можем все еще быть уверены, данио-рерио и лягушки планируют развиваться в соответствии с тем же самым примерам».

Все три исследовательских группы сделали собственные комплекты данных и инструменты дешёвыми как интерактивные, доступные для просмотра ресурсы онлайн.

12 комментариев к “Генетическая дорожная карта к строительству всего организма от единственной клетки”

  1. видишь ли друг, арабов все больше становится. значит нету такой стратегии. иначе им бы запустили какой-то вирус что бы они не могли размножаться.

  2. Марфа Игнатиевна

    угу.. этим летом в херсонской области имел честь это наблюдать.

  3. Никитин Евгений

    А разве в политике бывает иначе? Вы же не ребенок, что бы думать, что в государственных отношениях преобладают не интересы и выгоды страны, а какие-то эмоциональные чувства?

  4. Ясько Алла

    а то что цифры всегда преувеличены. Париж не такой огромный, что бы там могли собраться пол ляма людей на один протест. 80 тысяч более реально.

  5. Пускай только корпорации продают алкоголь и сигареты, а то на каждом углу натыкано. Украинцы уже давно одна из самых курящих и пьющих стран мира. Да и ларьки эти раздражают, малый бизнес можно вести и не торгуя отравой.

  6. Ильясова Антонина Владиленовна

    ну не юлю самойлову-ж ему любить

  7. Жданова Наталия Афанасиевна

    у них вообще министерств нет, там департаменты.

  8. сори) Иран атаковать Израиль не будет.

  9. А ми думали він чесний, подивіться яка гарна народна сорочка.

  10. Против Запада Россия одна, никто не собирается подставляться за нее.

Комментарии закрыты.