Naukowcy UM RNA identyfikują kilka genów zaangażowanych w rozwój neuronów

Neurony powstają w wyniku bardzo złożonej i unikalnej serii podziałów komórkowych. Na przykład u muszek owocówek proces zaczyna się od komórek macierzystych, które dzielą się na komórki rodzicielskie (komórki progenitorowe), które następnie dzielą się na komórki progenitorowe, które ostatecznie stają się neuronami.

Zespół z University of Michigan (UM), kierowany przez Nigela Michki, doktoranta i profesora nadzwyczajnego Dawena Cai z Wydziału Biofizyki (LS&A), Biologii Komórkowej i Wzrostu w School of Medicine, zidentyfikował kilka genów ważnych w rozwój neuronów muszek owocówek, które nie zostały spełnione. Opisał to już wcześniej w tym kontekście.

Ponieważ wiele genów jest zachowanych w różnych gatunkach, takich jak muszki owocowe (muszki owocówki), myszy i ludzie, to, czego nauczyli się muchy, może również służyć jako model do lepszego zrozumienia innych gatunków, w tym ludzi. „Teraz, gdy wiemy, które geny są zaangażowane w tę formę neurogenezy u much, możemy jej szukać u innych gatunków i testować je. Pracujemy nad wieloma organizmami w UM i mamy możliwość badania różnych organizmów” – wyjaśnia Michki . „Moim zdaniem praca, którą wykonaliśmy, jest jedną z wielu, które wpłyną na inne prace, które będą informować o chorobie” – dodaje Mitchke. „Właśnie dlatego prowadzimy podstawowe badania, takie jak to”.

Muchy są również powszechnie wykorzystywane w wielu różnych typach badań, w przypadku których skorzystanie z bardziej kompleksowej listy genów much z powiązanymi rolami w rozwoju neuronów byłoby korzystne.

Odkrycie

Neurony są zbudowane z komórek macierzystych, które znacznie się namnażają, zanim staną się neuronami. W ludzkim mózgu proces ten jest bardzo złożony i obejmuje miliardy komórek. W mózgu muchy proces jest znacznie prostszy, z około 200 komórkami macierzystymi w całym mózgu. Mniejsza skala umożliwia dokładną analizę procesu podziału neuronów od początku do końca.

U much, gdy komórka macierzysta dzieli się, wytwarza inną komórkę macierzystą i komórkę progenitorową. Kiedy ta ostatnia dzieli się, tworzy tak zwaną komórkę progenitorową, która dzieli się tylko raz i produkuje dwa neurony. Geny kontrolują ten proces produkcji, mówiąc komórkom, aby albo podzieliły się – i który konkretny typ komórki wyprodukowały – albo przestały się dzielić.

Do dziś zidentyfikowano tylko kilka genów, które kontrolują proces rozwoju neuronów, aw tym poście w Cell Reports naukowcy zidentyfikowali kilka zaangażowanych genów. Na osi czasu rozwoju neuronów zespół UM może dokładnie rejestrować, które geny są zaangażowane i jak długo.

W szczególności w filogenezie naukowcy zidentyfikowali trzy geny, które są ważne na tym etapie, aby określić „typ” neuronów, które stworzy każdy z przodków; Te konkretne geny nie zostały wcześniej opisane w tym kontekście. Dokonali również walidacji znanych wcześniej genów markerowych, o których wiadomo, że regulują proliferację komórek.

Kiedy zastosowali swoją metodę analizy do innych etapów procesu rozwoju neuronów, zarejestrowali również ekspresję dodatkowych genów. Jednak nie wiadomo, dlaczego ekspresja tych genów wzrasta na różnych etapach procesu rozwoju neuronalnego i jaką rolę faktycznie odgrywają na tych różnych etapach. „Teraz, gdy zidentyfikowano wiele genów kandydatów, przyglądamy się roli, jaką odgrywają w dojrzewaniu neuronów i samostanowieniu” – mówi Kai. „Jesteśmy również podekscytowani badaniem innych punktów czasowych rozwoju, aby wyjaśnić dynamiczne zmiany w krajobrazie molekularnym w mózgu muchy”.

Ta praca dostarcza bogatych informacji o tym, jak zaprogramować potomstwo komórek macierzystych w odrębne neurony, a także jak przekształcić typy nieneuronowe w neurony. Wyniki te będą miały ogromny wpływ na zrozumienie normalnego rozwoju mózgu, a także na neuronalną medycynę regeneracyjną ”- dodaje Ching Yu Li, profesor z UM Life Sciences Institute, która współpracowała z Cai Lab.

Techniki

Badanie to opiera się głównie na wysokowydajnych technikach sekwencjonowania RNA pojedynczych komórek. Naukowcy pobrali pojedyncze komórki z mózgów muszek owocowych i zsekwencjonowali RNA, generując setki gigabajtów danych w ciągu zaledwie jednego dnia. Na podstawie sekwencji RNA mogą określić etap rozwoju każdego neuronu. „Mamy teraz bardzo dobrą wiedzę na temat tego, jak działa ten proces na poziomie RNA” – mówi Mishke.

Zespół wykorzystał również konwencjonalne obserwacje mikroskopowe, aby określić, gdzie te różne RNA ulegały ekspresji w mózgu. „Połączenie analizy krzemu i eksploracji in situ nie tylko potwierdza jakość wyników sekwencjonowania, ale także przywraca przestrzenną i czasową relację genów kandydatów, które zostały utracone w procesie rozpadu pojedynczej komórki” – mówi Kai.

Na początku swoich badań naukowcy przeanalizowali duży zestaw danych za pomocą oprogramowania open source. Później opracowali portal (MiCV), który ułatwia korzystanie z istniejących usług komputerowych i umożliwia testowanie nadmiarowości. Portal ten może służyć do analizy danych dotyczących komórek i genów z różnych narządów i nie wymaga doświadczenia w programowaniu komputerowym. „Narzędzia takie jak MiCV mogą być bardzo potężne dla naukowców prowadzących tego typu badania po raz pierwszy, którzy chcą szybko wygenerować nowe hipotezy na podstawie swoich danych” – mówi Michki. „Oszczędza to dużo czasu na analizę danych, a także koszty wynagrodzenia konsultantów. Ostatecznym celem jest umożliwienie naukowcom skupienia się bardziej na swoich badaniach niż na czasami zniechęcających narzędziach do analizy danych”. MiCV jest obecnie sprzedawany.