محققان اولین اطلس تک سلولی تمام بدن مهره داران بالغ را ایجاد کردند

توسط موسسه تحقیقات زیست پزشکی وایتهد

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

با مشاهده از بالا، Danionella Cerebrum منظره نادری را در مهره داران ارائه می دهد: مغز آن که از بالای سرش قابل مشاهده است. از زمانی که این گونه برای تحقیقات علوم اعصاب در سال 2018 پذیرفته شد و به طور رسمی در سال 2021 توصیف شد، این ماهی ریز و شفاف به سرعت علاقه‌مندی به زیست‌شناسی منحصربه‌فرد خود را به خود جلب کرد.

محققان موسسه وایتهد فرصت دیگری را در این ماهی کوچک تشخیص دادند: پروفیل تک سلولی تمام حیوانات را در دسترس قرار داد و به تیم اجازه داد تا اولین نقشه جامع انواع سلول و فعالیت ژنی را در یک مهره‌دار بالغ ایجاد کند. این دیدگاه می تواند کمک کند که سلول ها در بافت های مختلف چگونه پاسخ های خود را هماهنگ می کنند - و چگونه تغییرات در یک قسمت از بدن بر قسمت های دیگر تأثیر می گذارد.

در مطالعه‌ای که در Science منتشر شد، تیم بیش از 600000 سلول از سراسر ماهی را برای ساختن نقشه کل بدن از اینکه کدام ژن در کدام سلول فعال است، که به عنوان اطلس رونویسی تک سلولی شناخته می‌شود، بررسی کردند. رونوشت یک سلول مجموعه کاملی از مولکول های RNA است که از DNA خود در یک زمان معین ساخته است و تصویری از ژن هایی را که سلول استفاده می کند ارائه می دهد.

داده‌ها با هم، مرجع مولکولی برای انواع سلول‌های موجود در سرتاسر Danionella، الگوهای فعالیت ژنی که آن‌ها را متمایز می‌کند، و جایی که بسیاری از آنها در آن قرار دارند، ارائه می‌دهد. این اطلس همچنین به محققان مبنایی برای بررسی چگونگی تأثیر آسیب، پیری، داروها یا سایر تغییرات بر سلول‌های سراسر جانور ارائه می‌دهد.

کوتای دنیز آتابای، که به عنوان محقق فوق دکترا در آزمایشگاه پیتر ردین، عضو موسسه وایتهد، کار را رهبری می‌کند، می‌گوید: هنگامی که یک اطلس تفکیک‌شده فضایی دارید، می‌دانید چه نوع سلولی وجود دارد، اما همسایگان آن انواع سلول را در این زمینه می‌شناسید. "این به شما امکان دسترسی در سطوح مختلف پیچیدگی، از مولکولی گرفته تا سلولی و سیستمی را می دهد."

اطلس های سلولی به طور فزاینده ای دقیق شده اند، اما گسترش آنها در سراسر مهره داران بالغ به یک دلیل ساده دشوار است: اندازه. پروفیل تنوع سلولی حیوانات بزرگتر به طور جامع از نظر فنی سخت و پرهزینه است.

دانیونلا یک راه منحصر به فرد برای حل این مشکل ارائه کرد. بدن مینیاتوری آن - به سختی 1 سانتی متر (0.4 اینچ) - این آزمایش را ممکن می کند، در حالی که رابطه نزدیک آن با گورخرماهی به محققان اجازه می دهد تا از ابزارهای ژنتیکی توسعه یافته برای یکی از پرمصرف ترین موجودات مدل زیست شناسی استفاده کنند.

آتابای اولین بار در اوایل سال 2019 در حالی که به دنبال یک حیوان کوچک و شفاف بود که بتواند بازسازی سیستم عصبی را در آن تماشا کند، به دانیونلا علاقه مند شد. اندازه مینیاتوری و مغز قابل دسترس آن، آن را به ویژه برای این کار امیدوارکننده کرده است، و محققان دریافتند که این ماهی دارای ظرفیت بازسازی گسترده ای از جمله در مغز و باله ها است.

در همین حال، آزمایشگاه ردین، ارزش یک اطلس سلولی کامل از جانوران را از طریق کار بر روی پلاناریارها، کرم‌های مسطح احیاکننده که اندازه کوچکشان چنین اطلسی را ممکن ساخته بود، دیده بود. این علایق با هم به پرسش بزرگتری منجر شد.

"من و دنیز این فکر را داشتیم: آیا می توان یک اطلس رونویسی از نوع سلولی برای یک مهره داران کامل دریافت کرد؟" ردین، که همچنین استاد زیست شناسی در موسسه فناوری ماساچوست و محقق موسسه پزشکی هاوارد هیوز است، گفت. "اینجا یک حیوان است که در آن فرصتی خواهیم داشت."

برای ساختن اطلس، محققان از توالی RNA تک سلولی برای اندازه گیری فعالیت ژن در سلول های فردی که از سرتاسر مغز، نخاع، چشم ها، اندام های داخلی، باله ها، سر و تنه جمع آوری شده بودند، استفاده کردند.

آن‌ها این داده‌ها را با روش‌های فضایی جفت کردند که انواع سلول‌ها و الگوهای فعالیت ژن را به مکان‌هایشان در بافت‌ها نشان می‌داد. اطلس به‌دست‌آمده به اندازه‌ای گسترده بود که حتی جمعیت‌های سلولی بسیار کمیاب را نیز به تصویر می‌کشید.

با نگاه کردن به حیوانات، الگوهایی آشکار شد که وقتی بافت ها به طور جداگانه مطالعه می شوند، دیدن آنها دشوار است. در سیستم عصبی، نورون‌های یک منطقه اغلب الگوهای مشابه بیشتری از فعالیت ژنی داشتند - حتی زمانی که از انتقال‌دهنده‌های عصبی مختلف، مواد شیمیایی که نورون‌ها برای برقراری ارتباط استفاده می‌کنند، در مقایسه با نورون‌هایی که از یک انتقال‌دهنده عصبی مشابه در مناطق مختلف استفاده می‌کنند، استفاده می‌کردند.

الگوهای مشابهی در سایر مهره داران از جمله پستانداران مشاهده شده است که نشان می دهد هویت منطقه ای و تکاملی ممکن است یک ویژگی سازمان دهی مهم سیستم عصبی مهره داران باشد.

این اطلس همچنین نشانه هایی را نشان داد که سلول های بالغ حافظه مولکولی را از جایی که در بدن تعلق دارند حفظ می کنند. فیبروبلاست‌ها، نوعی سلول بافت همبند، فعالیت ژن‌هایی را که به‌خاطر ایجاد بخش‌های مختلف بدن در طول تکامل شناخته می‌شوند، حفظ می‌کنند.

برای مثال، سلول‌های باله‌های سینه‌ای و لگنی، برنامه‌های ژنی مرتبط با رشد اندام جلویی و عقبی را در سایر مهره‌داران حفظ کردند. آنچه این سیگنال‌های پایدار در دانیونلا بالغ انجام می‌دهند ناشناخته باقی مانده است، اما ممکن است به بافت‌ها در حفظ یا بازسازی ساختارهای مناسب کمک کنند. در پلاناریان ها، اطلاعات موقعیتی راهنمایی مولکولی را ارائه می دهد که به بازسازی بافت ها کمک می کند تا ساختارهای صحیح را بازسازی کنند.

محققان همچنین از اطلس به عنوان مرجعی برای مطالعه توانایی های قابل توجه بازسازی دانیونلا استفاده کردند. پس از اینکه محققان به تلنسفالن، ناحیه ای از جلوی مغز آسیب رساندند، نورون های از دست رفته بازسازی شدند و محققان پیشرفتی را از زخم اولیه و پاسخ ایمنی به فعالیت سلول های بنیادی عصبی و تولید و بلوغ نورون های جدید ردیابی کردند.

این تیم اطلس را از طریق DigiFish، یک منبع تعاملی برای کاوش انواع سلول ها و فعالیت ژن در سراسر حیوان، در دسترس عموم قرار داده است. همراه با شفافیت و جعبه ابزار آزمایشی رو به رشد Danionella، این اطلس می تواند به محققان کمک کند سلول ها و ژن های خاصی را برای مطالعه یا دستکاری شناسایی کنند و سپس فعالیت آنها را در حیوان دنبال کنند.

برای ردین، این پیشرفت فرصت های متعدد و متنوعی را برای علم جدید ارائه می دهد. او می‌گوید: «این دوره از توالی‌یابی ژنوم وجود داشته است، جایی که شما فهرست کاملی از تمام ژن‌هایی که برای ساختن یک ارگانیسم لازم است را دریافت می‌کنید.

رونویسی سلول ها به شما می گوید که چگونه از آن ژنوم در انواع مختلف سلول استفاده می شود. به نظر می رسد که رونوشت هر نوع سلولی نقطه عطفی بزرگ در چگونگی بررسی بیولوژی یک موجود زنده است.

کوتای دنیز آتابای و همکاران، اطلس تک سلولی تمام بدن مهره داران بالغ در هموستاز و بازسازی، علم (2026). در bioRxiv: DOI: 10.64898/2026.02.03.703562

ارائه شده توسط موسسه تحقیقات زیست پزشکی Whitehead

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →