Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Ученые визуализировали судьбу каждой клетки эмбриона асцидии

Экспрессия одного из генов на 4D визуализации эмбриона асцидии Phallusia mammillata

Pierre Neveu / digitalembryo.org

Исследователи создали интерактивную анимацию, которая отражает развитие каждой клетки зародыша асцидии Phallusia mammillata вплоть до стадии 64 клеток. Экспрессию генов, морфологию и происхождение каждой из клеток реконструировали с помощью метода секвенирования РНК одиночных клеток, который стал прорывом 2018 года по версии журнала Science. Модель доступна онлайн, а исследование опубликовано в журнале Cell.

Многоклеточные организмы развиваются из единственной клетки — зиготы. Знания о том, как включение экспрессии различных генов проводит каждую из клеток зародыша по ее пути дифференциации, обрывочны. Секвенирование РНК одиночных клеток позволяет узнать, какие гены активны в отдельной клетке, и разделить организм на клеточные популяции. Однако мы часто не знаем, откуда взялась изучаемая клетка и какова ее дальнейшая судьба.

Ученые из Германии и Италии под руководством Пьера Невё (Pierre Neveu) из Европейской молекулярно-биологической лаборатории провели секвенирование РНК одиночных клеток зародышей асцидии Phallusia mammillata. Эмбрионы этих хордовых прозрачны, а судьбы их клеток определены уже на стадии 64 клеток. Результаты секвенирования совместили с 4D-реконструкцией эмбрионов (четвертое измерение — временное), которую получили при помощи микроскопии плоскостного освещения.

Исследователи диссоциировали зародыши всех стадий от двух до 64 клеток и выделяли отдельные клетки: всего секвенировали РНК более чем тысячи клеток из 58 эмбрионов.

На различных стадиях удалось выделить группы клеток, в которых экспрессировался близкий набор генов. Например, на первой стадии профиль экспрессии обеих клеток был одинаковым, а на этапе четырех клеток во всех зародышах можно было выделить две пары симметричных клеток. На последней изученной фазе (64 клетки) ученые нашли 18 отдельных клеточных типов, симметричных относительно оси эмбриона. На этом этапе паттерн экспрессии каждой клетки уже определяет, какой ткани она даст начало.


Затем ученые проследили судьбу каждой из клеток. Они предположили, что паттерн экспрессии материнской и дочерних клеток близок и сравнивали результаты секвенирования для каждого деления. В результате построили «генеалогическое древо» клеточных линий. Специализацию клетки на каждом этапе определяло повышение экспрессии определенного набора генов, который продолжал быть активным на всех последующих стадиях.


На следующем этапе исследователи совместили развитие клетки во времени с ее пространственным положением в зародыше. Необходимо было понять место каждой из клеток на 4D-реконструкции эмбриона. Для каждой стадии это пришлось делать отдельно: экспрессия некоторых генов отличалась вдоль передне-зданей и анимально-вегетативной осей зародыша, но определяющие оси гены были различными на этапах 16, 32 и 62 клеток.

В итоге авторы работы определили физическое положение всех клеток и создали 4D анимации, которые отображают экспрессию генов, морфологию и историю развития каждой из клеток эмбриона. Модель выложили в открытый доступ, и любой исследователь может воспользоваться ей.

Секвенирование РНК одиночных клеток и другие методы исследования активности генов эмбрионов стали главным прорывом 2018 года по версии журнала Science. Эти и другие технологии помогают ученым создавать различные визуализации зародышей. С помощью той же микроскопии плоскостного освещения сняли на видео развитие эмбриона мыши до стадии 64 клеток. Существуют и реконструкции эмбрионального развития человека на более поздних этапах, например, вот этот интерактивный атлас, созданный на основе 15 тысяч гистологических препаратов.

Алиса Бахарева

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.