Составлен атлас дифференциации мышиных клеток

Транскрипционные факторы и регуляторные сети определяют судьбу клетки многоклеточного организма. Изучая регуляцию только одного типа клеток, нельзя получить представление о глобальных сетях, управляющих развитием. Исследователи из Китая использовали технологию секвенирования РНК единичных клеток, чтобы систематически изучить природу регуляторных программ, определяющих судьбу клеток. В результате они получили атлас дифференциации для клеток мышей, находящихся на разных этапах развития.

Авторы выбрали семь этапов жизни мыши: дни эмбрионального развития E10,5, E12,5 и E14,5 и дни постнатального развития P0, P10 и P21, а также взрослый организм. Всего они получили профили более чем 520 000 клеток из мозга, сердца, кишечника, почек, печени, легких, поджелудочной железы, желудка, яичек и матки. Данные сгруппировали в 95 кластеров. Это позволило продемонстрировать, как из эмбриональных клеток-предшественников получаются зрелые клетки. Так, подробное изучение клеток почек показало, что нефрогенез продолжается и после рождения. Данные представлены на сайте.

Авторы выявили 37 ранее не описанных клеточных популяций с интересным паттерном экспрессии. Так, некоторые типы клеток ко-экспрессируют маркеры двух разных типов клеток, например, миоцитов (Myl9, Acta2) и эндотелиальных клеток (Esam, Gng11) в кишечнике и мозге на стадии P0.

С помощью нескольких методов (например, SCENIC и VIPER-DOROTHEA) исследователи выявили более 900 транскрипционных факторов. Среди них были как специфичные факторы, так и общие для нескольких клеточных линий. Последние подразделялись на характерные для тканей взрослых мышей и для эмбриональных тканей. Авторы заключают, что общие для нескольких клеточных линий транскрипционные факторы — жизненно важные регуляторы хода развития.

После этого авторы сравнили генную регуляцию в процессе развития семи видов: Schmidtea mediterranea, Caenorhabditis elegan, Ciona intestinalis, Hydra vulgaris, Danio rerio, Mus musculus и Homo sapiens. Более 1 100 000 клеток разделили на 665 пар, состоящих из дифференцированных и недифференцированных клеток. Авторы выявили несколько транскрипционных факторов, уровень которых повышался в ходе развития: XBP1, JUND, FOSB, JUN, BHLHE40. Эти факторы отрицательно коррелировали с факторами, которых было много в клетках-предшественниках: GATA1, PAX6, NKX6-2, NEUROD1, SOX10, OLIG2. Авторы говорят о том, что, возможно, первая группа транскрипционных факторов — эволюционно консервативные регуляторы дифференциации и созревания клеток нескольких линий.

Особое внимание исследователи уделили фактору Xbp1. Двойной нокаут этого гена приводит к эмбриональной летальности. В таких эмбрионах повышалось количество незрелых клеток и клеток-предшественников. Дальнейшие исследования позволили авторам заключить, что Xbp1 играет важную роль в созревании нескольких линий клеток через регуляцию транскрипции. Полученный атлас развития мышиных клеток — важный инструмент для изучения того, как принимаются решения о судьбе клеток.