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单细胞基因组学新技术

日期:2014-04-16 00:00:00

每个细胞核中的DNA都包含生物体的整个基因组。这就是为什么单个细胞可能构建出一个生物体的原因。但是在特定的时间点特定的细胞中只有一部分的基因处于活性状态。这也是肺细胞为什么不同于毛发细胞的原因;每个细胞都用一组不同的活化基因来操控它的功能。

基因通过生成mRNA来操控细胞活动。每个mRNA向细胞下达指令生成一种特殊蛋白。细胞实质上就是一组相互作用的蛋白质。因此知道活化的mRNAs为了解细胞在微流体设备中被捕获时的功能提供了一个透镜。

利用这一过程,斯坦福大学的研究人员首次精确地揭示出了这些特殊的肺细胞向着成熟肺泡发育每一阶段的调控基因。

研究人员获得了有关肺泡尖端两种重要细胞类型发育的重要研究发现。I型肺泡细胞是人体最扁平的细胞。位于I型肺泡细胞旁边的血细胞负责传送氧气或获取二氧化碳。这些细胞的厚薄对于推动这种气体交换至关重要。

II型肺泡细胞较小,呈立方形。它们分泌一些蛋白质阻止肺泡萎缩,从而维持氧气和二氧化碳通过的内部空间。

利用单细胞基因组学,研究人员可以逆向操控发育过程,揭示出了单个的前体细胞类型是如何生成这两种不同的成熟肺泡细胞的。

研究人员还捕获到了从前体细胞向成熟细胞状态过渡的细胞,获得了一些有关肺泡细胞分化机制的重要认识。

尽管该研究将焦点放在肺细胞上,这一在胚胎发育不同阶段捕获单细胞,通过mRNA测序测定基因活性的技术适用于逆向操控其他的组织。

除研究胚胎发育,这一技术还可用于临床环境中。例如,研究人员可以研究肿瘤单个细胞之间的差异,增进大家对于癌症各个阶段的了解,促成更好的、更具靶向性的治疗方法。

Desai说:“这一技术是大家认识特定细胞群,包括具有特异功能的少见细胞群中整体细胞类型多样性能力的一个量子飞跃。获得每个细胞类型的全面分子特征,包括它们发送和接受的信号,将能够显现出单个细胞之间的通讯快照,有可能为疾病提供一些有吸引力的治疗靶点。”

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