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单细胞RNA测序新成果带你解开心脏发育的长久谜题

作者:测序中国来源:生物通 日期:2016-11-21

单细胞RNA测序新成果带你解开心脏发育的长久谜题

2016-11-18 测序中国

制造一颗心脏,这不是简单的事情。在子宫内,这个器官开始是一根管,芽珠状的硬块,自动折叠,最终变成了更熟悉的四腔结构。

但确切地说,心脏细胞是如何按照它们的基因程序,来构建这个复杂的、维持生命的泵状器官呢?这仍然是一个谜。哈佛医学院遗传学教授、心脏病学研究员Jonathan Seidman说:“我们希望有一个蓝图,告诉我们心脏从头到尾是如何形成的。”Seidman和来自HMS等处的同事们,包括哈佛医学院医学教授Christine Seidman,对这一谜题进行了进一步解析。

研究者从小鼠胚胎发育的七个不同阶段提取心脏细胞样本。利用最近的单细胞RNA测序技术,他们将细胞分为三类已知的细胞——心肌细胞、内皮细胞和成纤维细胞,并观察它们的基因活性随时间是如何变化的。Jon Seidman说:“这是我们第一次有机会,用100的细胞的分辨率来研究心脏的图谱。”

相关研究结果发表在11月10日的《Developmental Cell》,有助于澄清在每个时间段有哪些类型的细胞存在于心脏的各个部分,并发现了一个以前未知的细胞类型。研究人员还描述了携带某个遗传突变(在人类中可导致先天性心脏缺陷)的小鼠的特异性细胞类型中的错误。

Jon Seidman说:“这项研究提供了一个时间和空间的图谱,描绘了心脏四个腔室中不同细胞群的发展。反过来也是如此:通过观察一个细胞的RNA表达,我们可以收集到关于它的起源的线索。”

当然,小鼠心脏不是人类心脏。例如,成年小鼠的心脏比我们的心脏小3000倍,比我们心脏跳动速度快10倍。然而,作者说,在两个物种之间的很多功能都是“非常保守”的,包括器官的四腔结构,引导肌肉收缩和舒张的电子信号,参与肌肉功能的分子。这让该研究团队非常自信,他们的研究结果将最终带来关于人类心血管系统的知识。

随着研究人员分类新的和已知的遗传标记,识别来自具体位置和发育阶段的细胞,他们发现,一组细胞竟然显示一些混合的基因,这些基因通常存在于心肌细胞和成纤维细胞。该小组现在正在调查这些不寻常的细胞在心脏成熟中发挥了什么作用。

作者说,在发育的心脏中跟踪单个细胞和细胞类型的能力,也有助于研究人员研究基因突变是如何改变每一个细胞群成熟的方式。

Seidman说:“希望在于,我们现在开始在单细胞水平理解‘基因和细胞的变化如何导致心脏结构的变化’,并澄清了‘心脏是如何构建起来的,重要步骤是什么’”。

虽然机会渺茫,但是这项研究结果将很快带来新的治疗方法,Seidman说,他们打算探讨,导致先天性心脏病的特定缺陷,是如何导致儿科心脏病专家多年来看到的变化。”

参考文献:Daniel M. DeLaughter et al. Single-Cell Resolution of Temporal Gene Expression during Heart Development, Developmental Cell (2016). DOI: 10.1016/j.devcel.2016.10.001

来源:生物通/王英

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转自《测序中国》

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