Американские биологи создали подробную карту развития клеток эмбриона мыши, проследив их родословную до момента первого деления оплодотворенной яйцеклетки. Это стало возможным благодаря новой технологии, которая записывает историю клеточных делений непосредственно в ДНК. Результаты исследования, опубликованные в журнале Science, могут помочь в изучении врожденных пороков, рака и в разработке методов клеточной терапии.
Исследователи из Вашингтонского университета и Дартмутского колледжа использовали технологию «DNA Typewriter» («ДНК-машинка»). В геном оплодотворенной яйцеклетки мыши встраивают специальную последовательность ДНК. При каждом делении клетки в эту последовательность добавляется уникальная метка, которая затем передается дочерним клеткам. Таким образом в геноме формируется хронологическая запись, позволяющая восстановить полную историю развития каждой клетки. Наблюдение охватило первые 13,5 дней развития эмбриона.
Новый метод лишен недостатков предыдущих технологий, которые вносили метки, разрезая ДНК, что могло повредить клетки и стереть более ранние записи. «DNA Typewriter» работает без разрывов ДНК и сохраняет строгий порядок событий, что позволяет вести «летопись» с более высоким разрешением и дольше.
Анализ показал, что почти все клетки изученного эмбриона можно проследить до одной из двух самых первых клеток, образовавшихся после первого деления. Хотя одна из них дала больше потомков, обе в почти равных пропорциях участвовали в формировании всего разнообразия будущих тканей и органов. Это открытие позволяет с недостижимой ранее точностью изучать самые ранние этапы развития.
Технология также помогла определить, в какой момент клетки «выбирают» свою будущую специализацию. Выяснилось, что этот процесс идет по разному графику для разных тканей. Например, клетки, из которых формируются кровь и сетчатка глаза, определяют свою судьбу относительно рано. В то же время предшественники клеток внешнего слоя кожи сохраняют универсальность значительно дольше. Понимание этих механизмов критически важно для регенеративной медицины и изучения причин онкологических заболеваний.
