Los investigadores han desarrollado un nuevo método para leer la historia y los "árboles genealógicos" de las células. Llamado MEMOIR, o Memory by Engineered Mutagenesis with Optical In situ Readout, la técnica puede registrar el historial de vida de las células animales, sus relaciones con otroscélulas, patrones de comunicación y los eventos influyentes que los han formado.
"MEMOIR permite que las células registren sus historias en sus genomas y nos permite leer esa información utilizando métodos avanzados de microscopía", dice Long Cai, profesor asistente de química en Caltech e investigador principal de la nueva investigación, publicado el 21 de noviembre enel periódico Naturaleza . Los autores del artículo de Colead son los académicos posdoctorales Kirsten Frieda y Sahand Hormoz, y el científico investigador James Linton.
"Normalmente, solo podemos ver el estado de una célula en el momento en que la vemos", dice el investigador co-principal Michael Elowitz, profesor de biología y bioingeniería en Caltech e investigador del Instituto Médico Howard Hughes ". Perolo que realmente queremos saber es, ¿cuál es la historia de esa célula? ¿Quiénes son sus hermanas y primos? ¿Con quién habló y cuándo? "
El nuevo estudio sirve como prueba de principio, demostrando que MEMOIR puede leer las historias de células de ratones. En última instancia, los investigadores dicen que el método ayudará a comprender el desarrollo de tejidos y animales, así como en estudios de anormalidad.desarrollo de tejidos enfermos como tumores.
Reconstrucción de árboles genealógicos celulares
Del mismo modo que los biólogos usan el ADN para rastrear los linajes de los humanos y otras especies animales, los biólogos moleculares pueden usar el ADN para rastrear los linajes de las células. A medida que los animales se desarrollan, sus células se dividen y multiplican, lo que lleva a nuevas generaciones. Biólogos moleculareshan estado desarrollando varios métodos para reconstruir los linajes de las familias celulares y responder preguntas sobre cuándo y cómo se desarrollan.
Dos nuevas herramientas poderosas han ayudado en este objetivo. En una, la edición del genoma, el código genético de un organismo en desarrollo se puede cambiar en cualquier sitio designado con la ayuda de un sistema de corte de ADN llamado CRISPR. Cualquier cambio escrito en el genoma de una célulase pasa a las generaciones posteriores. Un cambio que ocurre antes en el desarrollo de un animal aparecerá en muchas de sus células, mientras que los cambios más recientes aparecerán en menos células. Al analizar los patrones de ediciones de ADN, los investigadores pueden identificar los ancestros comunes de las células yaveriguar cómo están relacionados; por ejemplo, pueden determinar qué células son hermanas o primas. Se utilizan enfoques similares en diversas áreas de la ciencia, incluida la historia medieval.
"Los historiadores pueden identificar el linaje y los orígenes de los manuscritos medievales debido a los errores propagados por los copistas medievales en las abadías", dice Cai. "Por lo tanto, los errores propagados son bastante informativos sobre la historia de los textos y, en nuestro caso, las células".
Cai desarrolló la otra herramienta, llamada hibridación in situ fluorescente de molécula única secuencial - seqFISH - para aprender qué genes están activos en una célula individual. En un artículo reciente de Neuron, el equipo de Cai demostró cómo se podría utilizar la técnica paradeterminar los niveles de expresión de más de 200 genes en una sola célula. El método también permite a los investigadores analizar la actividad genética de una célula en su lugar de origen en el cuerpo. Las técnicas anteriores requerían que las células se disociaran de su entorno natural.
En el nuevo estudio, los científicos combinaron las dos herramientas: el método seqFISH se utilizó para rastrear los cambios introducidos en el genoma mediante la edición CRISPR.
"La idea clave era desarrollar un tipo especial de elemento de almacenamiento de memoria genómica, análogo a un bit de computadora, que CRISPR pudiera cambiar entre dos estados diferentes", dice Elowitz. "Esto se puede distinguir simplemente mirando las célulascon seqFISH y determinar si comparten las mismas ediciones CRISPR "
Grabación de "conversación" celular
Este sistema se puede utilizar para aprender no solo sobre la información del linaje celular sino también sobre los eventos que les ocurrieron en el pasado, cuando recibieron mensajes entre ellos o cuando cambiaron de un tipo de celda a otro. Por ejemplo, a medida que se desarrolla un tumor, algunas células pueden recibir diferentes señales moleculares que otras células, desencadenando destinos distintos. Una célula puede volverse metastásica y migrar, mientras que otra célula permanece estacionaria.en el presente podría proporcionar una nueva visión del desarrollo del tumor a través del tiempo y el espacio.
"La tecnología nos promete acceso a información dentro de la célula de la que no hemos tenido acceso antes", dice Linton. "Potencialmente, MEMOIR puede registrar la actividad de múltiples rutas de señalización dentro de células individuales, proporcionando información sobre cómo funcionan juntas las rutasinfluir en una célula para que tome decisiones, como cuando una célula madre neural se diferencia para convertirse en una neurona ".
En el estudio actual, los investigadores rastrearon la historia de las células madre embrionarias de ratones a lo largo de tres generaciones. En el futuro, esperan seguir incluso más generaciones y, en última instancia, aprender las historias de vida del desarrollo animal, tal como se cuenta a través de sus memorias celulares.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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