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约翰霍普金斯大学的研究人员开发了绘制视网膜细胞发育

2019-07-03 14:41:31国外科研

约翰斯·霍普金斯大学医学研究人员报告说,他们创造了一种通过追踪细胞中表达的基因来绘制中枢神经系统发育方式的方法。这项技术在本研究的小鼠视网膜中得到证实,它遵循个体细胞在发育过程中使用的基因的活性,使研究人员能够以前所未有的细节识别模式。研究人员说,这种精确的路线图可用于开发治疗盲法和其他神经系统疾病的未来再生治疗方法。

这是我们在中枢神经系统细胞发育最全面的地图“

Seth Blackshaw,博士,约翰霍普金斯大学医学院神经科学教授,约翰霍普金斯大学细胞工程研究所教员

“如果我们能利用这种地图来教授干细胞来创造某种类型的视网膜细胞,那么我们有朝一日可以取代因黄斑变性和其他致盲疾病而丢失的细胞,”Genevieve Stein-O'Brien博士说。约翰霍普金斯大学医学院博士后研究员,Elana Fertig实验室博士,约翰霍普金斯大学医学院肿瘤学副教授,约翰霍普金斯金梅尔癌症中心成员。

这项工作的描述将于5月22日发表在Neuron杂志的网络版上。

Blackshaw说,视网膜是一种众所周知的结构,包含在整个神经系统中发现的许多细胞类型,因此,它是用于研究中枢神经系统发育的一个很好的例子。

构成视网膜的许多细胞类型中的每一种都是由神经祖细胞产生的 - ; 干细胞样细胞,具有发展成几乎任何视网膜细胞类型的能力,取决于在发育过程中打开和关闭的基因。创建每种细胞类型所需的基因模式沿着严格的时间线发生。神经元,如视网膜中的吸光棒和视锥细胞,由年轻的祖细胞产生,而支持性神经胶质细胞由较老的祖细胞产生。

为了详细研究这一过程并制定路线图,研究人员首先对不同发育时间点的个体小鼠视网膜细胞的DNA进行了测序 - ; 从第一个祖先到成人视网膜的细胞。

然后研究人员将这些信息放入Stein-O'Brien开发的机器学习计算机程序中。该计划旨在快速压缩大量的遗传数据,将细胞分组在一起,生成一张地图,让研究人员可视化开发过程。该计算机程序产生了一种分支结构,使研究人员能够看到哪种细胞类型产生最密切相关的其他细胞类型,以及导致小鼠和人类视网膜中发现的100多种细胞类型的遗传变化。

“这张地图为我们提供了一种方式,让我们可以看到个体基因和基因网络对正在发育的中枢神经系统的影响,”Blackshaw说。

在原理验证实验中,研究人员接着选择密切关注三个基因:核因子1(NFI)a,b和x,这对于帮助祖先确定其年龄和什么类型的基因是必不可少的。它可以产生的视网膜细胞。

研究人员对小鼠进行基因工程改造,以显示这三种基因是否丰富,并观察他们的视网膜细胞的生命周期是如何通过跟踪计算机程序中任何给定时间“开启”哪些基因来改变的。他们发现,表达NFI基因水平升高的细胞比它们更老,并产生比正常视网膜祖细胞更多的相应细胞类型(神经胶质细胞)。相比之下,没有NFI基因的祖细胞继续产生早期细胞类型,如视杆细胞感受器,并继续分裂,就像年轻的祖细胞一样。

最终,研究人员说,他们希望将绘图技术应用于其他细胞类型,以更好地了解哪些基因影响身体其他组织中疾病的发展。约翰霍普金斯大学神经科学助理教授Loyal Goff博士说:“如果我们确切知道祖细胞是如何从未定型干细胞群体到成熟组织的,我们可以使用这个路线图将它们重新定向到其他路径。”大学医学院和约翰霍普金斯大学McKusick-Nathans遗传医学研究所的一名教师。