varje organism har sin egen släktträd. Och som alla släktträd är en organisms släktträd mer intressant om det är både komplett och rikt detaljerat. Det vill säga att varje medlem av släktträdet ska visas på rätt plats tillsammans med viss biografisk information. När det gäller en organism—till exempel en mus—är släktträdets medlemmar enskilda celler, och den biografiska informationen består av genuttrycksprofiler.
om omfattande hela organismen släktträd kunde monteras, skulle forskare lära sig mycket om utveckling, åldrande och sjukdom. Tyvärr har släktträd som spårar vävnad eller organismutveckling begränsats till små grupper av celler eller gjorts vagt misstänkt, på grund av snedvridningar som orsakas av påträngande cellbedömningstekniker.
den goda nyheten är att en ny teknik har utvecklats som kan fungera som ett slags ancestry.com för en organisms celler. Det vill säga, det lovar att koppla cellanorinformation med detaljerade molekylära avläsningar, såsom transkriptionssignaturer.
tekniken, som kallas CRISPR Array Repair Lineage tracing (CARLIN), utvecklades av forskare vid Stamcellsforskningsprogrammet vid Boston Children ’ s Hospital och Dana-Farber Cancer Institute/Harvard Medical School. Det kan användas för att spåra varje cell i kroppen, från embryonstadiet till vuxen ålder.
med hjälp av en ”streckkodningsteknik” och CRISPR-genredigeringsteknik kan CARLIN identifiera olika celltyper när de dyker upp och vilka gener var och en slår på. Detaljer om CARLIN framkom i tidskriften Cell, i en artikel med titeln ”En konstruerad CRISPR-Cas9-Muslinje för samtidig avläsning av Härstamningshistorier och Genuttrycksprofiler i enskilda celler.”denna modell utnyttjar CRISPR-teknik för att generera upp till 44 000 transkriberade streckkoder på ett inducerbart sätt när som helst under utveckling eller vuxen ålder, är kompatibel med sekventiell streckkodning och är helt genetiskt definierad”, skrev artikelns författare. ”Vi har använt CARLIN för att identifiera inneboende fördomar i aktiviteten hos fostrets leverhematopoietiska stamcellskloner (HSC) och för att avslöja en tidigare ouppskattad klonal flaskhals i svaret från HSC till skada.”
”drömmen som många utvecklingsbiologer har haft i årtionden är ett sätt att rekonstruera varje enskild celllinje, cell för cell, när ett embryo utvecklas eller som en vävnad byggs upp”, säger Fernando Camargo, PhD, en senior utredare i Stamcellsforskningsprogrammet och medförfattare på papperet med Sahand Hormoz, PhD, forskare, Dana-Farber Cancer Institute och biträdande professor i systembiologi, Harvard Medical School. ”Vi kan använda den här musmodellen för att följa hela utvecklingen.”
Camargo, Hormoz och co-first författare för sina respektive laboratorier—Sarah Bowling, PhD och Duluxan Sritharan—skapade musmodellen med en metod som de kallar CRISPR Array Repair Lineage tracing, eller CARLIN. Modellen kan avslöja celllinjer – ”släktträdet” där föräldraceller skapar olika typer av dotterceller—liksom vilka gener som slås på eller av i varje cell över tiden.
tidigare har forskare bara kunnat spåra små grupper av celler i möss med färgämnen eller fluorescerande markörer. Taggar eller streckkoder har också använts, men tidigare tillvägagångssätt krävde förkunskaper om markörer för att isolera olika celltyper, eller krävde tidskrävande extraktion och manipulation av celler, vilket kan påverka deras egenskaper. Tillkomsten av CRISPR har gjort det möjligt för forskare att streckkoda celler utan att störa cellerna och att följa linjen av tusentals celler samtidigt.
med hjälp av en inducerbar form av CRISPR kan forskarna skapa upp till 44 000 olika identifierande streckkoder när som helst i musens livslängd. Forskarna kan sedan läsa ut streckkoderna med hjälp av en annan teknik som kallas encellig RNA-sekvensering, vilket möjliggör insamling av information om tusentals gener som slås på i varje streckkodad cell. Detta ger i sin tur information om cellernas identitet och funktion.
som ett testfall använde forskarna det nya systemet för att avslöja okända aspekter av blodutveckling under embryonal utveckling och att observera dynamiken i blodpåfyllning efter kemoterapi hos vuxna möss.men forskarna tror att deras system också kan användas för att förstå förändringarna i cellulära släktträd under sjukdom och åldrande. Dessutom kan systemet användas för att registrera svaret på miljöstimuli som patogenexponering och näringsintag.
”att kunna skapa encellslinjekartor över däggdjursvävnader är oöverträffad”, säger Camargo, som också är medlem i Harvard Stem Cell Institute. ”Förutom sina många tillämpningar för att studera utvecklingsbiologi, kommer vår modell att ge viktig insikt om de celltyper och hierarkier som påverkas när organismer svarar på skada och sjukdom.”
