核心內(nèi)容
2023年10月17日，美國(guó)哈佛醫(yī)學(xué)院波士頓兒童醫(yī)院的李莉博士（第一作者），Fernando Camargo教授和西湖大學(xué)的王壽文研究員在Cell 期刊在線發(fā)表了題為A mouse model with high clonal barcode diversity for joint lineage, transcriptomic, and epigenomic profiling in single cells的研究論文，報(bào)道了他們最新開(kāi)發(fā)的可用來(lái)追蹤細(xì)胞譜系的動(dòng)物模型和技術(shù)。他們將這項(xiàng)技術(shù)稱(chēng)為Camellia-seq。利用這種新技術(shù)，他們能夠更準(zhǔn)確地追蹤細(xì)胞的譜系，這對(duì)于理解細(xì)胞分化、發(fā)育、遷移和穩(wěn)態(tài)等重要問(wèn)題提供了全新的研究手段。
該技術(shù)的開(kāi)發(fā)意味著科學(xué)家現(xiàn)在可以更深入地研究細(xì)胞的發(fā)展軌跡和特征，進(jìn)一步理解細(xì)胞如何形成不同類(lèi)型的組織和器官。這將有助于揭示生命過(guò)程中細(xì)胞行為的更多細(xì)節(jié)，有助于對(duì)疾病發(fā)生和發(fā)展的理解，也為未來(lái)的組織工程和再生醫(yī)學(xué)研究提供了更多可能性。
原文摘要
Cellular lineage histories and their molecular states encode fundamental principles of tissue development and homeostasis. Current lineage-recording mouse models have insufficient barcode diversity and single-cell lineage coverage for profiling tissues composed of millions of cells. Here, we developed DARLIN, an inducible Cas9 barcoding mouse line that utilizes terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT) and 30 CRISPR target sites. DARLIN is inducible, generates massive lineage barcodes across tissues, and enables the detection of edited barcodes in ～70% of profiled single cells. Using DARLIN, we examined fate bias within developing hematopoietic stem cells (HSCs) and revealed unique features of HSC migration. Additionally, we established a protocol for joint transcriptomic and epigenomic single-cell measurements with DARLIN and found that cellular clonal memory is associated with genome-wide DNA methylation rather than gene expression or chromatin accessibility. DARLIN will enable the high-resolution study of lineage relationships and their molecular signatures in diverse tissues and physiological contexts.
首先，讓我們?cè)囍砸粋€(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)理解這個(gè)話題：我們每個(gè)人都有一個(gè)家譜，通過(guò)家譜可以追溯到家族的祖先。
我們身體里的細(xì)胞也有類(lèi)似的關(guān)系。每個(gè)細(xì)胞都是由另一個(gè)細(xì)胞分裂而來(lái)的，這就形成了一種所謂的"譜系"關(guān)系。通過(guò)追蹤這個(gè)譜系關(guān)系，我們可以更好地理解每個(gè)細(xì)胞是如何影響我們身體的運(yùn)作的。
那么問(wèn)題來(lái)了：我們?nèi)绾尾拍茏粉欉@個(gè)譜系關(guān)系呢？
就像我們可以通過(guò)DNA測(cè)試來(lái)確定人的親子關(guān)系一樣，李莉博士和她的團(tuán)隊(duì)在Cell雜志上發(fā)表的研究，開(kāi)發(fā)了一種新的技術(shù)，可以在我們身體的細(xì)胞中留下一種獨(dú)特的"身份標(biāo)簽"，并且可以在需要的時(shí)候讀取這個(gè)標(biāo)簽。這就是他們開(kāi)發(fā)的"譜系追蹤小鼠DARLIN"，以及多組學(xué)譜系追蹤技術(shù)Camellia-seq。
那么這個(gè)技術(shù)是如何運(yùn)作的呢？
首先，我們需要在細(xì)胞中留下一個(gè)獨(dú)特的"身份標(biāo)簽"。DARLIN小鼠借助了一種叫做Cas9的蛋白質(zhì)，可以在細(xì)胞的DNA上修改特定的位置，從而在細(xì)胞中留下一個(gè)獨(dú)特的"身份標(biāo)簽"。
然后，我們需要能夠讀取這個(gè)"身份標(biāo)簽"。他們開(kāi)發(fā)的Camellia-seq技術(shù)，可以在單細(xì)胞層面同時(shí)測(cè)量細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組，DNA甲基化，染色質(zhì)可及性，以及細(xì)胞譜系。這就是說(shuō)，我們不僅可以看到每個(gè)細(xì)胞的"身份標(biāo)簽"，還可以看到它的一些其他重要信息。
這樣一來(lái)，我們就可以跟蹤每個(gè)細(xì)胞的譜系關(guān)系，同時(shí)還可以了解它們的基因表達(dá)和表觀修飾等信息。這對(duì)于我們理解細(xì)胞是如何影響我們身體的運(yùn)作的，提供了全新的視角。
在這項(xiàng)研究中，他們還發(fā)現(xiàn)了一些非常有趣的現(xiàn)象，比如細(xì)胞會(huì)有一種"記憶"，來(lái)自相同譜系的細(xì)胞會(huì)有更相似的DNA甲基化特征。這些發(fā)現(xiàn)可能會(huì)對(duì)我們理解細(xì)胞的行為產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
但是，這項(xiàng)技術(shù)也帶來(lái)了一些挑戰(zhàn)，比如如何處理大量的數(shù)據(jù)，以及如何準(zhǔn)確地找到那些真正來(lái)自同一譜系的細(xì)胞。王壽文研究員表示，他們?yōu)榇碎_(kāi)發(fā)了一套完整的數(shù)學(xué)模型和分析方法，并制作成了相應(yīng)的軟件。詳情可向wangshouwen@westlake.edu.cn(S.-W.W.)發(fā)郵件咨詢。
本文通訊作者王壽文說(shuō)：“研究的一大樂(lè)趣，就是它給你帶來(lái)的驚喜。數(shù)據(jù)在那邊，你要認(rèn)真聽(tīng)它說(shuō)話，而不是把你的想法強(qiáng)加給它。好的數(shù)據(jù)會(huì)講一個(gè)更加生動(dòng)、讓你意想不到的故事，并為你指引新的研究方向！細(xì)胞記憶就是這樣一個(gè)故事！”
總之，這項(xiàng)研究開(kāi)發(fā)出了一種全新的方法，幫助我們更好地理解動(dòng)物發(fā)育的秘密。
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