elk organisme heeft zijn eigen stamboom. En zoals elke stamboom is de stamboom van een organisme interessanter als hij zowel volledig als rijk gedetailleerd is. Dat wil zeggen, elk lid van de stamboom moet worden weergegeven op hun juiste plaats, samen met een aantal biografische informatie. In het geval van een organisme—een muis bijvoorbeeld—zijn de leden van de stamboom individuele cellen, en de biografische informatie bestaat uit genexpressieprofielen.
indien uitgebreide stambomen van hele organismen zouden kunnen worden samengesteld, zouden onderzoekers veel leren over ontwikkeling, veroudering en ziekte. Helaas, stambomen die weefsel of organisme ontwikkeling te traceren zijn beperkt tot kleine groepen cellen of vaag verdacht gemaakt, als gevolg van vervormingen veroorzaakt door opdringerige cel assessment technieken.
het goede nieuws is dat er een nieuwe technologie is ontwikkeld die kan dienen als een soort ancestry.com voor cellen van een organisme. Dat wil zeggen, het belooft om celvoorouderinformatie te koppelen met gedetailleerde moleculaire uitlezingen, zoals transcriptionele handtekeningen.de technologie, genaamd CRISPR Array Repair Lineage tracing (CARLIN), werd ontwikkeld door wetenschappers van het STAM Cell Research program in het Boston Children ‘ s Hospital en Dana-Farber Cancer Institute/Harvard Medical School. Het kan worden gebruikt om elke cel in het lichaam te volgen, van het embryonale stadium tot volwassenheid.
met behulp van een” barcoding ” techniek en CRISPR gen-editing technologie, kan CARLIN verschillende celtypen identificeren als ze ontstaan en welke genen elk wordt ingeschakeld. Details over CARLIN naar voren gekomen in het tijdschrift Cel, in een artikel getiteld, “Een gemanipuleerde CRISPR-Cas9 muis lijn voor gelijktijdige uitlezing van Lineage Histories en genexpressie profielen in enkele cellen.”
” Dit model maakt gebruik van CRISPR-technologie om tot 44.000 getranscribeerde barcodes op een induceerbare manier te genereren op elk moment tijdens ontwikkeling of volwassenheid, is compatibel met sequentiële barcodes en is volledig genetisch gedefinieerd,” schreven de auteurs van het artikel. “We hebben CARLIN gebruikt om intrinsieke vooroordelen in de activiteit van foetale lever hematopoietische stamcel (HSC) klonen te identificeren en om een eerder niet gewaardeerd clonale bottleneck in de reactie van HSCs op letsel bloot te leggen.”
Camargo, Hormoz en co—eerste auteurs voor hun respectievelijke labs—Sarah Bowling, PhD, en Duluxan Sritharan-creëerden het muismodel met behulp van een methode die ze CRISPR Array Repair Lineage tracing, of CARLIN noemen. Het model kan cellijnen onthullen-de “stamboom” waarin oudercellen verschillende soorten dochtercellen creëren—evenals welke genen in elke cel in de loop van de tijd worden ingeschakeld of uitgeschakeld.
vroeger konden wetenschappers slechts kleine groepen cellen in muizen traceren met behulp van kleurstoffen of fluorescerende markers. Tags of barcodes zijn ook gebruikt, maar eerdere benaderingen vereiste voorkennis van tellers om verschillende celtypes te isoleren, of vereiste tijdrovende extractie en manipulatie van cellen, die hun eigenschappen zouden kunnen beà nvloeden. De komst van CRISPR heeft onderzoekers toegelaten om cellen te barcoderen zonder de cellen te verstoren en om de lijn van duizenden cellen gelijktijdig te volgen.
met behulp van een induceerbare vorm van CRISPR, kunnen de onderzoekers tot 44.000 verschillende identificerende barcodes maken op elk moment in de levensduur van een muis. De wetenschappers kunnen dan de barcodes voorlezen met behulp van een andere technologie genaamd single-cell RNA-sequencing, waardoor het verzamelen van informatie over duizenden genen die worden ingeschakeld in elke barcoded cel. Dit geeft op zijn beurt informatie over de identiteit en functie van de cellen.
als testcase gebruikten de onderzoekers het nieuwe systeem om onbekende aspecten van de bloedontwikkeling tijdens de embryonale ontwikkeling aan het licht te brengen en om de dynamiek van de bloedaanvulling na chemotherapie bij volwassen muizen te observeren.
maar de onderzoekers geloven dat hun systeem ook kan worden gebruikt om de veranderingen in cellulaire lineage bomen tijdens ziekte en veroudering te begrijpen. Bovendien, zou het systeem kunnen worden gebruikt om de reactie op milieuprikkels zoals blootstelling van ziekteverwekkers en nutriëntenopname te registreren.
” in staat zijn om single-cell lineage maps van zoogdierweefsels te maken is ongekend, ” zei Camargo, die ook lid is van het Harvard stam Cell Institute. “Naast de vele toepassingen voor het bestuderen van ontwikkelingsbiologie, zal ons model belangrijke inzichten verschaffen over de celtypes en hiërarchieën die worden beïnvloed als organismen reageren op letsel en ziekte.”
