En un papel en ciencia esta semana, los investigadores de Penn informan la primera caracterización molecular detallada de cómo cambia cada célula durante el desarrollo embrionario de los animales. El trabajo, dirigido por los laboratorios de John I. Murray de la Escuela de Medicina Perelman, Junhyong Kim de la Escuela de Artes y Ciencias,y Robert Waterston, de la Universidad de Washington UW, utilizaron la última tecnología en el campo emergente de la biología unicelular para perfilar más de 80,000 células en el embrión del nematodo Caenorhabditis elegans .
"En los últimos años, los nuevos métodos de genómica unicelular han revolucionado el estudio del desarrollo animal", dice Murray. "Nuestro estudio aprovecha el hecho de que el C. elegans el embrión tiene un número muy pequeño de células producidas por un patrón de divisiones celulares conocido y completamente reproducible. Utilizando métodos de genómica de células individuales, pudimos identificar más del 87 por ciento de las células embrionarias de la gastrulación cuando hay alrededor de 50 células presenteshasta el final de la embriogénesis "
C. elegans es un animal que eclosiona con solo 558 células en su cuerpo. En un organismo multicelular, cada célula se deriva por división celular de un solo huevo fertilizado, lo que resulta en un "árbol de linaje celular" que muestra el historial de división de cada célula,y describe sus relaciones entre sí, como una genealogía. El trabajo ganador del premio Nobel de Sydney Brenner, H. Robert Horvitz y John Sulston resolvió el árbol del linaje celular de C. elegans hace más de 40 años, y demostró que cada C. elegans el animal se desarrolla a través de patrones idénticos de división celular.
Para aclarar aún más el proceso de desarrollo, los equipos de Penn y UW caracterizaron lo que sucede a nivel molecular midiendo el transcriptoma, todos los ARN en una célula, de células individuales durante el desarrollo utilizando un enfoque de genómica de célula única. Estos métodosPermitir a los científicos determinar qué genes se expresan o activan en cada una de las decenas o cientos de miles de células e identificar tipos de células raras en función de su expresión de subconjuntos similares de genes. Sin embargo, es difícil saberlo en estos estudiossi se han identificado todos los tipos de células o cómo se relacionan las células identificadas entre sí a través de la división celular.
Los autores principales, los estudiantes graduados Jonathan Packer de UW y Qin Zhu de Penn, desarrollaron sofisticados programas y algoritmos de análisis de datos para rastrear los cambios en el transcriptoma a las secuencias temporales en el árbol de linaje celular, revelando dinámicas detalladas de los cambios moleculares necesarios paragenerar el cuerpo completo de C. elegans .
El conjunto de datos resultante será una herramienta poderosa para los miles de laboratorios que estudian C. elegans como organismo modelo y refuerza las limitaciones del uso de genómica de células individuales solo para inferir relaciones entre células de otras especies.
"Penn ha sido uno de los pioneros de la genómica unicelular, lo que realmente ayudó a que este trabajo sea posible", dice Kim.
La investigación ayuda a revelar los mecanismos fundamentales involucrados en cómo las células especializan su función durante el desarrollo. Por ejemplo, los investigadores mostraron que las células con historias de linaje muy diferentes pueden converger rápidamente al mismo estado molecular, de modo que ya no se pueden distinguir.Los investigadores también descubrieron que, durante la diferenciación, algunas células experimentan cambios sorprendentemente rápidos en sus transcriptomas.
Además, este trabajo contribuirá a las aplicaciones en medicina regenerativa e ingeniería celular, como el control del proceso de diferenciación celular involucrado en el uso de las propias células del paciente para la terapia.
John Murray es profesor asociado de genética en la Facultad de Medicina Perelman de la Universidad de Pennsylvania.
Junhyong Kim es profesora dotada de biología de Patricia M. Williams en la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Pensilvania.
Además de Murray, Kim, Waterston, Packer y Zhu, el papel fue escrito por Priya Sivaramakrishnan de Penn, Elicia Preston, Hannah Dueck, Derek Stefanik y Kai Tan y Chau Huynh y Cole Trapnell de UW.
El estudio fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud otorga HG007355, GM072675, GM127093 y HD085201, Commonwealth de Pennsylvania y Penn Program in Single Cell Biology codirigido por Kim y James Eberwine, profesor de farmacología de sistemas yterapéutica traslacional en la Facultad de Medicina Perelman de la Universidad de Pennsylvania.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :