Обычная причуда природы, используемая для понимания генов
Один экспериментальный подход к генетической мозаике называется мозаичный анализ с двойными маркерами (MADM), при котором гены мутируют в отдельных клетках, в то время как мутировавшие клетки помечаются флуоресцентными цветами. «MADM – это технология маркировки, с помощью которой мы в принципе можем пометить клетки, которые могут быть мутантными по любому интересующему гену, в любом интересующем нас органе», – объясняет ведущий автор Саймон Хиппенмейер.
Изменяя ген в отдельной клетке, сохраняя при этом оставшиеся клетки «нормальными», ученые могут проследить, что происходит с мутировавшей единственной клеткой, и получить представление о роли и функции мутировавшего гена. Этот подход особенно ценен для основных генов: мутация важного гена во всех клетках организма может повлиять на здоровье и жизнеспособность организма. Но при мутации гена всего в нескольких выбранных клетках сам организм не затрагивается, а ученые могут проследить, что происходит с редкими мутировавшими клетками – их морфологией, развитием и функцией – на уровне отдельных клеток.
До сих пор только около 25 процентов генов мыши можно было мутировать и отслеживать с помощью техники MADM, поскольку технология MADM была ограничена тремя хромосомами мышей. Теперь Хиппенмейер и его группа в IST Austria значительно расширили этот ресурс. Группа успешно разместила «маркировочную кассету MADM», необходимую для техники MADM, на все хромосомы мыши (кроме половых хромосом). Теперь более 96% генов можно мутировать и отслеживать на одноклеточном уровне с помощью MADM. «Теперь мы можем легко манипулировать почти каждым геном мыши и подвергать каждый ген высокоразрешающему фенотипическому генетическому мозаичному анализу», – объясняет Хиппенмейер.
Новые возможности для исследований рака
Хиппенмейер ожидает, что этот ресурс станет толчком для изучения болезней и общих механизмов развития. "Теперь мы можем изучать гены, связанные с заболеваниями, которые возникают в единственной мутировавшей клетке, ярким примером которой является рак.
С помощью нашего ресурса исследователи могут систематически изучать каждый известный ген-супрессор опухоли и его роль в развитии и эволюции рака, в том числе в сочетании с другими мутациями."В последние годы исследователи использовали MADM в нескольких исследованиях рака, в том числе для выявления мишеней для лекарств. «Наша библиотека MADM – это не только способ анализа прогрессирования заболевания, но и платформа для открытия лекарств и целевых лекарств», – добавляет Хиппенмейер. «Это не ограничивается раком, MADM также может использоваться для изучения и понимания болезней во многих контекстах, включая нарушения нервного развития и другие нарушения головного мозга, что является основным интересом группы Хиппенмейера."
В своей статье Хиппенмейер и его группа использовали новые ресурсы, чтобы расширить спектр приложений MADM и пролить свет на интригующую проблему биологии. Они обнаружили доказательства того, что сегрегация хромосом во время асимметричного деления клеток следует неслучайному паттерну. «Наши результаты впервые показывают in vivo, что способ, которым родительские хромосомы разделяются во время деления стволовых клеток, может определять клеточную судьбу образующихся дочерних клеток.
В более широком контексте эти результаты имеют отношение к нашему общему пониманию биологии стволовых клеток и, возможно, механизмов прогрессирования рака ». В будущем нейробиолог Хиппенмейер будет использовать расширенные возможности MADM для изучения поведения стволовых клеток во время развития мозга и механизмов. обеспечение того, чтобы мозг развивался до нужного размера. У людей нарушения размера мозга, такие как микро- и макроэнцефалия, связаны с эпилепсией и умственной отсталостью. "Теперь мы можем спросить, что не так со стволовыми клетками, так что мозг становится слишком большим или слишком маленьким. Мы ожидаем, что наши будущие результаты также могут стать основой для предполагаемого восстановления и регенерации мозга на основе стволовых клеток."