El gusano redondo protagoniza la primera compilación de lecturas de genes en cada tipo de célula en un animal. Las lecturas, que se tomaron en una etapa particular de la vida del gusano, revelan, por ejemplo, qué genes se activan o desactivanen cada celda
Casi todas las células de un individuo contienen los mismos genes. Este conjunto de genes se determinó en el momento de la fertilización, cuando el individuo era solo una célula. A lo largo de las rutas de múltiples divisiones celulares, el cuerpo finalmente se compone de diferentes célulastipos
Cada tipo de célula tiene su propia activación selectiva de partes del código genético del individuo. Esos patrones de gen apagado / gen en gran parte explican la gran cantidad de formas, propiedades y funciones de las muchas células especializadas en un cuerpo humano o animal.
Los investigadores de UW Medicine querían crear un recurso para conocer las razones detrás de la amplia variedad celular dentro del mismo organismo. Diseñaron estrategias para codificar con código de barras e indexar grandes cantidades de células individuales y moléculas individuales. Su objetivo era medir el estado molecular decada célula y tipo de célula en el gusano redondo.
Los científicos principales en el proyecto fueron Robert Waterston, profesor y presidente del Departamento de Ciencias del Genoma de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington; Cole Trapnell, profesor asistente de ciencias del genoma de la Universidad de Washington; y Jay Shendure, profesor de ciencias del genoma de la Universidad de Washington yinvestigador del Instituto Médico Howard Hughes. Los científicos principales fueron los estudiantes graduados de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington, Junyue Cao y Jonathan Packer.
El grupo de investigación etiquetó de manera única las lecturas genéticas completas de muchas células o sus núcleos. El núcleo actúa como la oficina central de gestión de la célula.
Las lecturas genéticas muestran qué segmentos de código de ADN están siendo copiados por la célula a través del ARN. La colección de copias de ARN, o transcripciones, se llama transcriptoma. Se convierten en el conjunto de instrucciones para la producción de proteínas u otras actividades celulares.
Los investigadores aplicaron sus estrategias de perfilado a una etapa larval del nematodo Caenorhabditis elegans . Este gusano redondo ya tiene la distinción de ser el único organismo multicelular que ha tenido todas sus células y tipos de células, y todo el linaje de desarrollo de estas células, registrado.
Este nematodo también tiene relativamente pocas células. Durante su etapa larval, tiene 762 para ser exactos, sin incluir las células reproductivas. A diferencia de muchos otros animales, cada larva de nematodos tiene el mismo número de células.
También es un gusano popular para los estudios genéticos y para la investigación sobre cómo los seres vivos comienzan a formarse después de la concepción, luego crecen y pasan por las etapas de la vida hasta la vejez.
Hasta hace poco, no había forma de clasificar exhaustivamente todas las células de un organismo en función de la actividad genética. Se han desarrollado métodos para analizar la actividad genética en células individuales.
"Ahora podemos hacer esto experimentalmente para decenas de miles de células a la vez", dijo Trapnell.
Los investigadores comenzaron con un control técnico para ver si podían separar rápidamente las células humanas de las de los ratones.
Pasaron a medir, por primera vez, todos los genes en todas las células de un animal completo en un solo experimento.
"Nuestra esperanza es que este recurso acelere notablemente los esfuerzos de los biólogos para revelar nuevos principios fundamentales sobre cómo se forman y se desarrollan los animales", dijo Trapnell, "y que este trabajo en gusanos se convierta en un trampolín hacia una mejor comprensión del desarrollo humano.
El estudio también mostró, dijo, "cuán increíblemente especializadas pueden ser las neuronas [células nerviosas que procesan y transmiten información]. Había algunos tipos de células neuronales raras representadas por solo una o células en el gusano".
Anticipa que los atlas como el que produjo su equipo conducirán a debates vigorosos sobre la reclasificación celular.
La investigación futura, dijo, probablemente analizará cómo cambia el transcriptoma de todo el animal a medida que el animal crece, y qué controla esos cambios, a medida que los científicos realizan este tipo de experimento a lo largo de una serie de etapas de desarrollo.
En cuanto a los pronósticos de experimentos similares para obtener un atlas comparable para el ratón o el cuerpo humano, Trapnell dijo que los obstáculos no estarán tanto en la estrategia de indexación, sino en la obtención de las muestras. Los ratones y los humanos no contienen un prenúmero determinado de células. Además, el procesamiento anatómico de un organismo completo y complejo para reunir todo tipo de células también será un desafío.
Una ventaja de su método de secuenciación de ARN de indexación combinatoria de células individuales, o sci-RNA-seq para abreviar, es la velocidad. Una persona en dos puede completar una biblioteca que perfila los transcriptomos de decenas de miles de células individuales por experimento.días. El costo varía de 3 centavos a 20 centavos por celda.
Hipotéticamente, estiman los investigadores, un investigador podría eventualmente perfilar los transcriptomos de más de 10 millones de células en un experimento.
Los investigadores escribieron que ven sus datos como un punto de partida para un atlas que se basa en el mapa de linaje celular ganador de un Premio Nobel de C. elegans creado por el británico John Sulston y que indicaría el estado molecular de cada célula a lo largo de la vidaciclo de este importante nematodo.
Los científicos han puesto a disposición los datos en bruto para otros laboratorios en el Omnibus de Expresión Genética, y han proporcionado ejemplos en línea de cómo trabajar con los datos a través de un Jupyter Notebook.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Ciencias de la Salud de Washington / Medicina de la Universidad de Washington . Original escrito por Leila Gray. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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