Nature：揭示發(fā)育中的血細胞命運取決于不同基因調節(jié)網(wǎng)絡之間的角力

中醫(yī)世家 2024-06-03 17:46:32

2016年09月08日訊在一項新的研究中

，來自美國辛辛那提兒童醫(yī)院醫(yī)學中心的研究人員發(fā)現(xiàn)發(fā)育中的血細胞在最終決定變成哪種類型細胞之前陷入競爭性的基因調控網(wǎng)絡之間的拉鋸戰(zhàn)之中。相關研究結果在線發(fā)表在Nature期刊上

，論文標題為“Single-cell analysis of mixed-lineage states leading to a binary cell fate choice”。論文通信作者為Nathan Salomonis博士

、Harinder Singh博士和H. Leighton Grimes博士

。

研究人員報道當發(fā)育中的血細胞被眾多激活和關閉的基因信號觸發(fā)時，它們在最終變成特定的細胞類型之前在變動的多種細胞系狀態(tài)之間來回移動

。盡管他們仍然不能精確地理解這些細胞如何選擇一種最終的命運，但是他們的研究提示著競爭性的基因網(wǎng)絡誘導動態(tài)的不穩(wěn)定性

，從而導致混合細胞系（mixed-lineage）狀態(tài)

，而這些混合細胞系狀態(tài)是為準備決定新形成的細胞所必需的

。

Singh說，“它有點處于混亂狀態(tài)

，但是次序就是從這種混亂中產生的。這一發(fā)現(xiàn)有助我們解決發(fā)育生物學上的一個基本問題---這些中間狀態(tài)和決定細胞類型選擇的基因調節(jié)網(wǎng)絡的性質是什么

。”

根據(jù)Grimes的說法

，盡管這些發(fā)現(xiàn)還需開展進一步的廣泛研究來更好地理解這種基因過程的來回移動的性質

，但是這項研究可能最終為導致疾病的發(fā)育錯誤提供新的認識。

Grimes問道

，“血細胞如何知道變成中性粒細胞或單核細胞？你的骨髓三分之二是由這種活動占據(jù)的

，而且細胞數(shù)量必須保持精致的平衡

。這兩種細胞中的任何一種太多或太少都能夠殺死你?div id="4qifd00" class="flower right">

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在當前的這項研究中

，研究人員特別地研究中性粒細胞和單核細胞（巨噬細胞）這兩種血細胞---免疫系統(tǒng)中至關重要的細胞組分---的形成。他們利用一種新的飛速發(fā)展的被稱作單細胞RNA測序的技術研究自然狀態(tài)下發(fā)育的小鼠血細胞

，其中單細胞RNA測序可鑒定出單個細胞的基因表達程序和它們的推定的調節(jié)物

。

大數(shù)據(jù)生物學

研究人員將實驗室生物學技術與辛辛那提兒童醫(yī)院開發(fā)的一種新的生物信息學計算機程序（即ICGS）結合在一起。ICGS（Iterative Clustering and Guide-Gene Selection, 迭代聚類與引導基因選擇）讓人們對單細胞RNA測序產生的巨大數(shù)量的數(shù)據(jù)獲得綜合的認識

。

ICGS

ICGS給研究人員提供一種直觀的平臺

，該平臺能夠分析所有的測序數(shù)據(jù)和生物學數(shù)據(jù)來鑒定細胞---在這項研究中

，指的是發(fā)育中的血細胞---的多種轉移或變化的基因組和細胞狀態(tài)

。

動態(tài)不穩(wěn)定性

人們之前已提出中性粒細胞和巨噬細胞這兩種血細胞是由于一種雙穩(wěn)態(tài)基因調節(jié)網(wǎng)絡（能夠顯示兩種穩(wěn)定狀態(tài)中的一種）產生的。但是不同的細胞轉換狀態(tài)和發(fā)育背后的分子動力學特征仍然是未知的

。

通過在不同的實驗室生物學之間進行重復性地反復研究和計算分析

，研究人員說他們對發(fā)育中的血細胞的分析捕獲到一種普遍的混合細胞系中間狀態(tài)。這些中間狀態(tài)表達一種基因組合

，包括能夠產生所有血細胞類型的干細胞典型的那些基因，以及紅細胞