Мозг человека и мозг других млекопитающих содержат многочисленные популяции специализированных клеток с уникальными функциями, молекулярными структурами и характеристиками. Эти клетки происходят из тонкого слоя нейроэпителиальных клеток-предшественников, клеток, которые могут делиться на определенные популяции нейронов и глиальных клеток.
В последние годы технологические достижения позволили нейробиологам более глубоко изучить различные клеточные популяции в мозге . Хотя это пролило свет на функцию некоторых популяций клеток и их молекулярный состав, связь между популяциями зрелых клеток и клетками -предшественниками все еще плохо изучена.
Исследователи из Каролинского института, Королевского технологического института KTH и Стокгольмского университета недавно провели исследование, направленное на лучшее понимание клональных отношений между клетками в мозге мыши. Их результаты, опубликованные в журнале Nature Neuroscience , были собраны с использованием разработанного ими нового подхода, который сочетает одноклеточную и пространственную транскриптомику с клональным штрих-кодированием — двумя разными методами, используемыми для проведения исследований в области нейробиологии.
«Наша лаборатория изучает способность нервных стволовых клеток генерировать широкий спектр типов клеток, что важно для понимания нормального развития мозга и может быть использовано для регенерации потерянных клеток при неврологических заболеваниях », — Майкл Ратц, один из исследователей, проводивших исследование.
Чтобы лучше понять потенциал стволовых клеток как генераторов различных клеточных популяций, исследователи использовали подход, известный как «картирование судьбы» или «отслеживание клонов». Это мощный метод, который позволяет ученым идентифицировать «потомство» отдельной клетки и реконструировать историю ее развития (т. е. родословную).
«Эти методы привели к фундаментальному пониманию развития тканей и использовались в течение многих лет, но они ограничены в своих возможностях одновременного изучения многих клеток из-за их зависимости от микроскопии, которая может различать только несколько цветов (обычно < 5) сразу», — сказал Рац. «Мы хотели создать подход, соответствующий сложности нервной системы, путем преобразования проблемы картирования судеб в форму, которую можно считывать с помощью современных высокопроизводительных методов секвенирования».
Прошлые исследования показали, что клетки мозга млекопитающих могут значительно различаться по форме, функциям и пространственному расположению. Однако традиционные методы изучения мозга не позволяли собрать обширную информацию об отдельных клетках.
Интересная метафора, которая иногда используется для описания прежнего отсутствия понимания отдельных клеток, — это аналогия смузи и фруктового салата. По сути, раньше нейробиологи могли наблюдать только большие участки тканей мозга как единую гомогенную смесь (т. е. напоминающую коктейль). Это помешало им узнать больше о конкретных клетках в этих участках мозговой ткани (например, об отдельных фруктах внутри смузи).
«В последние годы технологические достижения позволили нам взглянуть на отдельные клетки на уровне мРНК, изучить клеточный состав мозговой ткани и то, как неисправные клетки могут привести к заболеванию», — пояснил Ратц. «Одним из таких методов является транскриптомика отдельных клеток, когда отдельные клетки извлекаются из ткани и секвенируются последовательности тысяч молекул мРНК, присутствующих в одной клетке, в то время как пространственная транскриптомика достигает того же, но с неповрежденными срезами ткани, которые сохраняют важную информацию о расположение отдельных клеток в ткани».
В своем исследовании Ратц и его коллеги использовали генетические штрих-коды для характеристики отдельных стволовых (предшественников) клеток в мозге мыши. Поскольку эти штрих-коды наследуются дочерними клетками во время развития мозга, они позволили им изучить клональные отношения между клетками и получить профили их фенотипов.
Впоследствии исследователи создали реагенты для штрих-кодирования и охарактеризовали эффективность этих реагентов in vivo (т. е. в тканях головного мозга живых мышей). Их результаты могут быть очень ценными для нейронаучного сообщества и вскоре могут стать основой для новых исследований, посвященных более глубокому изучению клеточных клональных отношений. В будущем их экспериментальный подход можно было бы также использовать для проведения других исследований, изучающих специфические клеточные популяции или отношения между клетками-предшественниками и дочерними.
«Мы использовали эту технологию, чтобы обнаружить уникальные клональные особенности микроглии, иммунных клеток мозга, которые играют важную роль в нейродегенеративных заболеваниях, таких как большие группы клеток, которые формируются отдельными клетками-предшественниками, и их повсеместная миграция в больших областях мозга», — добавил Ратц. . «Инструмент, который мы разработали, проливает новый свет на молекулярные профили, лежащие в основе клеточного поведения во время нормального развития, и может быть адаптирован для изучения таких особенностей микроглии при неврологических заболеваниях».
