Al combinar la sofisticada tecnología de secuenciación de ARN con un nuevo dispositivo que aísla células individuales y su progenie, los investigadores del MIT ahora pueden rastrear historias familiares detalladas de varias generaciones de células descendientes de un "antepasado".
Esta técnica, que puede rastrear los cambios en la expresión génica a medida que las células se diferencian, podría ser particularmente útil para estudiar cómo maduran las células madre o las células inmunes. También podría arrojar luz sobre cómo se desarrolla el cáncer.
"Los métodos existentes permiten mediciones instantáneas de la expresión génica de una sola célula, lo que puede proporcionar información muy detallada. Lo que ofrece este nuevo enfoque es la capacidad de rastrear células durante varias generaciones y poner esta información en el contexto de la linealidad de una célulahistoria ", dice Robert Kimmerling, un estudiante graduado en ingeniería biológica y autor principal de un artículo que describe la técnica en la edición del 6 de enero de Comunicaciones de la naturaleza .
Los autores principales del artículo son Scott Manalis, profesor de Ingeniería Biológica Andrew y Erna Viterbi y miembro del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer del MIT, y Alex Shalek, Profesor Asistente de Desarrollo de Carrera Hermann LF von Helmholtz de Ciencias y Tecnología de la Salud,profesor asistente de química y miembro del Instituto de Ciencia e Ingeniería Médica del MIT.
captura de linaje celular
El nuevo método incorpora una tecnología recientemente desarrollada llamada RNA-seq de una sola célula, que secuencia el ARN mensajero de una sola célula. Estos ARN, conocidos colectivamente como el transcriptoma, revelan qué genes se transcriben activamente es decir, se copian eninstrucciones de ARN mensajero para la construcción de proteínas dentro de una célula en un momento dado. Esto ayuda a los científicos a comprender, por ejemplo, qué hace que una célula de la piel sea tan diferente de una célula del corazón, aunque las células comparten el mismo ADN.
"Los científicos tienen métodos bien establecidos para resolver diversos subconjuntos de una población, pero una cosa que no está muy bien resuelta es cómo se genera esta diversidad. Esa es la pregunta clave a la que nos dirigimos: cómo una sola célula fundadora da lugar a muy diversosprogenie ", dice Kimmerling.
Para tratar de responder a esa pregunta, los investigadores diseñaron un dispositivo microfluídico que atrapa primero una célula individual y luego a todos sus descendientes. El dispositivo tiene varios canales conectados, cada uno de los cuales tiene una trampa que puede capturar una sola célula.las células iniciales se dividen, sus células hijas fluyen más a lo largo del dispositivo y quedan atrapadas en el siguiente canal. Los investigadores demostraron que pueden capturar hasta cinco generaciones de células de esta manera y realizar un seguimiento de sus relaciones.
Para sacar las células del chip, los investigadores invierten temporalmente la dirección del fluido que fluye a través del chip, lo que les permite eliminar las células de una en una para realizar una secuencia de ARN de una sola célula.
En este estudio, los investigadores capturaron y secuenciaron células inmunes llamadas células T. Estas células están en alerta constante en el cuerpo, y cuando encuentran una célula infectada con un virus o una bacteria, entran en acción, creando dos poblaciones distintas:- células T efectoras, que buscan y destruyen células infectadas, y células T de memoria, que retienen un recuerdo del encuentro y circulan en el cuerpo indefinidamente en caso de un encuentro posterior.
"Una sola célula fundadora puede dar lugar a subtipos de células efectoras y de memoria, pero la forma en que se genera esa diversidad no está muy clara", dice Kimmerling.
Los investigadores analizaron el ARN de células T recientemente activadas y dos generaciones posteriores. Al comparar genes con funciones relacionadas con la activación y diferenciación de células T, encontraron que las células "hermanas" producidas a partir del mismo evento de división son mucho más similares en su expresión génicaperfiles que dos células no relacionadas. También encontraron que las células "primas", que tienen la misma "abuela", son más similares que las células no relacionadas, lo que sugiere perfiles transcripcionales únicos y específicos de la familia para las células T individuales.
Los investigadores esperan que los estudios futuros con este dispositivo puedan ayudar a resolver el antiguo debate sobre cómo las células T se diferencian en células efectoras y células de memoria. Una teoría es que la distinción ocurre tan pronto como la primera división de células T después de la activación,mientras que una teoría competitiva sugiere que la distinción se produce más adelante, como resultado de cambios en el microambiente de las células. Para abordar esta pregunta, los investigadores creen que tendrían que analizar el desarrollo de las células T tomadas de un ratón que había sido expuesto aun patógeno extraño, que proporcionaría un modelo útil de activación de células T en respuesta a la infección.
Según los investigadores, el nuevo dispositivo también podría usarse para vincular la información del transcriptoma de ARN con otros rasgos celulares.
"Abre posibilidades que nunca antes habían estado allí", dice Manalis. "Podemos anotar aún más los datos del transcriptoma de una sola célula aplicando esta estrategia a nuestros dispositivos existentes para medir la masa, la tasa de crecimiento, la densidad o la deformabilidad".
"edad" celular
En este estudio, los investigadores también descubrieron que podían usar su nueva técnica para aprender qué genes se expresan en ciertos puntos durante el ciclo de división celular. Debido a que atrapan cada célula y tienen un registro de cuándo se dividió por última vez, pueden directamentevincula la "edad" de cada célula a su transcriptoma.
Identificaron un conjunto de aproximadamente 300 genes que se corresponden más con el tiempo transcurrido desde la división un proxy para la progresión del ciclo celular, y descubrieron que la mayoría de esos genes estaban involucrados en la división celular. Por lo tanto, midiendo los niveles de esos 300 genes encélulas similares, los científicos deberían poder estimar las edades de esas células. Los investigadores también encontraron que una línea celular de leucemia, que prolifera continuamente, tiene un conjunto diferente de genes que parecen estar impulsando la división celular.
"En el futuro, este enfoque puede proporcionar información sobre reguladores transcripcionales únicos de la progresión del ciclo celular en varios modelos de cáncer", dice Kimmerling.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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