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nature:英国科学家重建单细胞的生命史

【2014-07-04】

研究人员开发出了一些新方法来追溯单个细胞的生命史,揭示它们在受精卵中的起源。通过检测健康细胞中人类基因组拷贝,他们构建出了从早期胚胎一路发育成为成体器官的组成部分每个细胞的图像。这项研究发表在6月29日的《自然》(nature)杂志上。

在个体的生命过程中,机体内所有的细胞都会产生体细胞突变,这类突变不是从父母那继承而来,也不会传递给后代。这些体细胞突变携带着有关每个细胞终身经历的编码记录。

通过检测单细胞dna中突变的数量和类型,研究人员能够评估细胞已分裂了几次或是多次,检测个体生命过程中细胞经受的dna损伤和修复过程的印迹。此外,将每个细胞的突变与机体其他细胞的突变进行比较,科学家们能够绘制出自受精卵起详细的发育树。

论文的第一作者、维尔康姆基金会桑格研究所的sam behjati博士说:“利用这种新方法,我们可以窥探生物体的发育。如果我们能够更好地了解个体的一生中随着分裂正常、健康细胞产生突变的机制,我们将获得一些基本的认识,知道什么可以被视作是正常的,这与我们在癌细胞中所见的有什么不同。”

研究小组观测了来自小鼠胃、小肠、大肠和前列腺的细胞。单细胞全基因组测序有潜力阐明正常细胞的这些生物学方面。然而,这样的技术仍然在开发之中。单细胞微量dna意味着当前获得的突变数据无法精确地重建正确的谱系。因此,研究小组采用了类器官细胞团(organoid)技术来替代单细胞分析,他们培育单细胞生成了精确测序所需的足量的dna。

研究人员记录了来自不同研究组织的细胞突变数量的差异,这有可能是由于细胞分裂速度的差异所导致。并且在来自不同组织的细胞中发现了一些不同的突变模式,表明它们经受了不同的dna损伤和修复过程,反映出不同的生命经历。

这一实验采用的是健康小鼠。如果小鼠细胞突变率与人类细胞的相似,这些技术还可用于提供关于正常人类细胞生命史的一些认识。

论文的资深作者、桑格研究所主任mike stratton教授说:“成人身体是由100万亿个细胞所构成,所有这些细胞均起源于一个受精卵。更广泛地应用这一方法将使得我们能够提供自受精卵起成体细胞发育的清晰图像。并且,通过检测每个细胞中突变的数量和类型,我们能够获得写在dna中的日志,了解一生中每个健康细胞经历的事件,并探讨在人类疾病中这是如何发生改变的。”

原文检索:

sam behjati, meritxell huch, ruben van boxtel, wouter karthaus, david c. wedge, asif u. tamuri, iñigo martincorena, mia petljak, ludmil b. alexandrov, gunes gundem, patrick s. tarpey, sophie roerink, joyce blokker, mark maddison, laura mudie, ben robinson, serena nik-zainal, peter campbell, nick goldman, marc van de wetering, edwin cuppen, hans clevers& michael r. stratton. genome sequencing of normal cells reveals developmental lineages and mutational processes. nature, 29 june 2014; doi:10.1038/nature13448

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