科学:发展空间

来源：原创网站2022-02-19 15:12

在一项新的研究中，来自美国耶鲁大学和瑞典卡罗林斯卡学院的研究人员开发了一种技术，使他们能够在空间水平和全基因组水平上观察组织发育背后的表观遗传机制，这是许多科学和医学应用的突破。

2022年2月19日/Bion/-在一项新的研究中，来自美国耶鲁大学和瑞典卡罗林斯卡学院的研究人员开发了一种技术，使他们能够在空间水平和整个基因组水平上观察组织发育背后的表观机制，这是许多科学和医学应用的突破。相关研究成果近日发表在《科学》杂志上，标题为“空间切割标签:在细胞水平上的空间分辨色度修饰图谱”。

虽然目前的技术允许科学家在一大块组织中探索表观遗传信息，并且最近的突破进一步扩展到单细胞水平，但仍然无法在细胞分辨率下直接在组织中观察。这是一个关键的障碍，因为在组织中细胞的分布和它们的功能之间有密切的关系。在这项新研究中，他们开发了一种技术，首次实现了与发育和疾病相关的表观调控的空间映射。

我们都是从一个细胞中相同的遗传物质开始，但这个细胞很快就会繁殖成数万亿个不同的细胞。每个细胞都有相同的基因组，区别在于哪些基因被激活或抑制。胚胎中不同的表观遗传修饰——打开一些基因，关闭另一些基因——指导发育，并允许形成不同的器官。在这项新的研究中，这些作者专注于最重要的变化之一，即所谓的组蛋白修饰。

论文作者、耶鲁大学生物医学工程教授、耶鲁大学医学院病理学教授戎梵说，“什么内部机制控制着细胞类型和组织发育？这就是我们现在可以用这种新技术“看到”的东西——空间切割标签。这是我们第一次可以直接观察到哪些组蛋白修饰控制了组织中整个基因组的基因表达，以及它们是如何做到的——这为这个新兴的空间生物学领域增加了一个新的维度。”

组蛋白修饰的空间作图，图片来自Science，2022，doi :10.1126/Science。ABG 7216。

其他技术可以分析单个细胞的表面修饰，但不能分析其组织。能够在完整的背景中跟踪细胞为细胞组装、组织发育和疾病提供了有价值的新见解。论文的共同作者、卡罗林斯卡学院胶体教授Gon alo Castelo-Branco指出，这项技术提供了组织切片中哪些基因被开启和关闭的信息。

他说，“这提供了很多额外的信息，例如，神经细胞为什么是神经细胞？过去，你可以一个细胞一个细胞地检查，但是你会丢失所有关于细胞在哪里以及它们如何相互作用的信息。有了这项技术，我们现在有了一个空间位置。此外，你可以在这个空间位置上确定所有这些表观基因组信息，这是这项技术真正令人惊叹的方面之一。”

具体来说，这些作者研究了小鼠胚胎大脑和出生后大脑中的染色质修饰。研究表明，在胚胎阶段，特定的组蛋白修饰可以控制大脑的不同皮质层，但尚不清楚它们在出生后是否会具有相同的功能。

范说：“所以现在这是我们第一次可以在出生后直接在大脑中看到这些表观遗传特征。我们可以说，‘哇，事实上，这些明显的特征是条纹，对应于老鼠大脑的皮层。’这意味着它们可能控制或维持这些层的形成。"

这些作者通过设计具有多个微通道的微流体设备开发了这项技术，这些微流体设备用于通过表观遗传修饰为基因组DNA提供DNA条形码。该论文的第一作者，范实验室的博士后研究员邓说，他们可以检索基因组DNA，并通过计算重建空间位置。如果基因组DNA上存在组蛋白修饰，标记的DNA条形码将与组蛋白修饰相关联，这使得它们能够定位组织中的表观信息。

这种空间切割标签技术为近年来开发的切割标签技术增加了一个额外的维度，使科学家能够逐个像素地获得极其准确的信息。这项技术使人们能够在组织切片中的每个细胞上放置类似GPS坐标的标识符。

卡斯特洛-布兰科说，“有了这个，你可以重建组织图。它可以为组织切片中的每个像素设置一个坐标，然后你可以回去说，“好的，这就是组蛋白修饰存在的地方：在这个特定细胞或细胞群的这个特定基因中。”"

从长远来看，这些作者希望这项技术将用于更好地了解疾病的发生。范说：“现在表观遗传药物正在出现，所以我们有可能开发针对这些表观遗传机制的药物。具有不同疾病状态的明显起源的工具有可能开辟一条新的治疗途径。”

这些作者强调，这项技术有着广泛的应用。卡斯特洛-布兰科说，“这是一个起点，它将允许在不同的组织中做出许多类似的发现。”(100yiyao.com 100医疗网)

参考资料：

项燕邓等。科学，2022，doi :10.1126/science . abg 7216。

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