Solulinja - Cell lineage
Solulinja tarkoittaa kudoksen tai elimen kehityshistoriaa hedelmöityneestä alkiosta. Tämä perustuu organismin solujen syntyperän seuraamiseen solujen jakautumisen ja siirtymisen seurauksena ajan edetessä. Tämä alkaa alkuperäisistä soluista ja päättyy kypsään soluun, joka ei voi enää jakautua.
Tämän tyyppistä sukua voidaan tutkia merkitsemällä solu (fluoresoivilla molekyyleillä tai muilla jäljitettävillä markkereilla) ja seuraamalla sen jälkeläisiä solujen jakautumisen jälkeen. Joillakin organismeilla, kuten C. elegansilla , on ennalta määrätty solun jälkeläisten malli ja aikuinen uros koostuu aina 1031 solusta, tämä johtuu siitä, että solujen jakautuminen C. elegansissa on geneettisesti määritelty ja tunnetaan tarkasti . Tämä saa solulinjan ja solujen kohtalon korreloimaan voimakkaasti. Muilla organismeilla, kuten ihmisillä, on vaihteleva linja ja somaattisten solujen lukumäärä.
C. elegans : malliorganismi
Yhtenä ensimmäisistä solulinjan edelläkävijöistä tohtori Sydney Brenner aloitti 1960-luvulla ensin solujen erilaistumisen ja peräkkäisyyden havaitsemisen Caenorhabditis elegans -matoeläimessä . Tohtori Brenner valitsi tämän organismin sen läpinäkyvän rungon, nopean lisääntymisen, helppokäyttöisyyden ja pienen koon vuoksi, mikä teki siitä ihanteellisen solulinjan seuraamiseen mikroskoopilla.
Vuoteen 1976 mennessä tohtori Brenner ja hänen avustajansa, tohtori John Sulston , olivat tunnistaneet osan solulinjasta C. elegansin kehittyvässä hermostossa . Toistuvat tulokset osoittivat, että nematodi oli eutelinen (jokaisella yksilöllä on samat erilaistumisreitit). Tämä tutkimus johti alustaviin havainnoihin ohjelmoidusta solukuolemasta tai apoptoosista.
Kartoitettuaan C. elegansin solulinjan eri osiot , tohtori Brenner ja hänen kumppaninsa pystyivät koottamaan ensimmäisen täydellisen ja toistettavan solulinjan kohtalokartan . Myöhemmin he saivat vuoden 2002 Nobel-palkinnon työstään elinten kehityksen geneettisessä säätelyssä ja ohjelmoidussa solukuolemassa. Koska elegaanit ovat hermafrodiitteja, ne koostuvat sekä uros- että naiselimistä , joissa ne säilyttävät siittiöitä ja kykenevät itsensä lannoittamaan. C. elegans sisältää 302 hermosolua ja 959 somaattista solua, missä ne alkavat 1031: llä, missä 72 tapahtuu apoptoosissa, joka on ohjelmoitu solukuolema. Tämä tekee c.eleganista malliorganismin solulinjan tutkimiseen ja kykyyn tarkkailla solujen jakautumista niiden läpinäkyvän fenotyypin takia.
Solulinjan historia
Yksi ensimmäisistä solulinjojen tutkimuksista tapahtui 1870-luvulla Whitmanilla, joka tutki katkaisukuvioita iilimissä ja pienissä selkärangattomissa. Hän havaitsi, että jotkut ryhmät, kuten nematodimatot ja askidiat, muodostavat solujen jakautumismallin, joka on identtinen yksilöiden välillä ja muuttumaton. Tämän korkean korrelaation solulinjan ja solujen kohtalon välillä uskottiin määritettävän jakautuvien tekijöiden avulla jakautuvien solujen sisällä. Muilla organismeilla oli stereotyyppiset solujen jakautumismallit ja ne tuottivat alilinjoja, jotka olivat tiettyjen esiastesolujen jälkeläisiä. Näiden muuttuvampien solujen kohtaloiden uskotaan johtuvan solujen vuorovaikutuksesta ympäristön kanssa. Uusien läpimurtojen seuraaminen solujen seurannassa entistä tarkemmin tämä auttoi biologista yhteisöä, koska alkuperäisten solujen esittämisessä käytetään nyt erilaisia värejä ja ne pystyvät helposti jäljittämään. Nämä värit ovat fluoresoivia ja merkittyjä proteiineihin antamalla injektioita tällaisten solujen jäljittämiseksi.
Kohtalokartoituksen tekniikat
Solulinja voidaan määrittää kahdella menetelmällä joko suoralla havainnoinnilla tai klonaalianalyysillä. 1800-luvun alkupuolella käytettiin suoraa havainnointia, mutta se oli erittäin rajoittava, koska vain pieniä läpinäkyviä näytteitä voitiin tutkia. Konfokaalimikroskoopin keksinnöllä tämä mahdollisti suurempien monimutkaisempien organismien tutkimisen.
Ehkä suosituin menetelmä solujen kohtalon kartoittamiseksi geneettisellä aikakaudella on Cre-Lox- tai FLP-FRT- järjestelmien välittämä paikkaspesifinen rekombinaatio . Hyödyntämällä Cre-Lox- tai FLP-FRT- rekombinaatiojärjestelmiä, reportterigeeni (joka yleensä koodaa fluoresoivaa proteiinia) aktivoidaan ja leimaa pysyvästi kiinnostava solu ja sen jälkeläissolut, jolloin nimi solulinjan jäljitys. Järjestelmän avulla tutkijat voisivat tutkia suosikkigeeninsä toimintaa solujen kohtalon määrittämisessä suunnittelemalla geneettisen mallin, jossa solussa yksi rekombinaatiotapahtuma on suunniteltu kiinnostavan geenin manipulointiin ja toinen rekombinaatiotapahtuma on suunniteltu aktivoimaan reportterigeeni. Yksi pieni asia on, että nämä kaksi rekombinaatiotapahtumaa eivät välttämättä tapahdu samanaikaisesti, joten tuloksia on tulkittava varoen. Lisäksi joillakin fluoresoivilla toimittajilla on niin äärimmäisen matala rekombinaatiokynnys, että ne voivat leimata solupopulaatioita ei-toivotuilla ajankohdilla induktion puuttuessa.
Viime aikoina tutkijat ovat alkaneet käyttää synteettisen biologian lähestymistapoja ja CRISPR / Cas9- järjestelmää uusien geenijärjestelmien kehittämiseksi, joiden avulla solut voivat tallentaa sukutiedot itsenäisesti omaan genomiinsa. Nämä järjestelmät perustuvat määriteltyjen geneettisten elementtien suunniteltuun, kohdennettuun mutaatioon. Luomalla uusia, satunnaisia genomimuutoksia kussakin solupolvessa nämä lähestymistavat helpottavat sukupuiden rekonstruointia. Nämä lähestymistavat lupaavat tarjota kattavamman analyysin perimäsuhteista malli-organismeissa. Laskennallisia puiden rekonstruointimenetelmiä kehitetään myös tällaisten lähestymistapojen tuottamille aineistoille.
Varhainen kehityksen epäsymmetria
Ihmisillä hedelmöityksen jälkeen sygootti jakautuu kahteen soluun. Somaattisia mutaatioita, joita syntyy välittömästi zygootin muodostumisen jälkeen, sekä myöhemmin kehityksessä, voidaan käyttää markkereina solulinjojen jäljittämiseen koko kehossa. Sygootin pilkkomisista lähtien linjojen havaittiin vaikuttavan epätasaisesti verisoluihin . Jopa 90% verisoluista havaittiin olevan peräisin vain yhdestä kahdesta ensimmäisestä blastomeeristä . Lisäksi normaali kehitys voi johtaa symmetristen elinten epätasa-arvoisiin ominaisuuksiin, kuten vasemman ja oikean etuosan ja niskakyhmän aivokuoren välillä . Ehdotettiin, että DNA: n korjaamisen tehokkuus edistää sukulinjan epätasapainoa, koska solun viemä lisäaika DNA: n korjaamiseen voi vähentää lisääntymisnopeutta.