绘制细胞发育路线图有了新工具

基于拓扑学原理，美国哥伦比亚大学研究人员开发了一个新工具，可用来描述细胞发育的多种可能路径，让科学家详细了解干细胞是如何发展成为其他细胞的。相关研究发表在1日出版的《自然·生物技术》杂志上。

每个生物都始于一个细胞，其后不断分裂。在被称为细胞分化的过程中，细胞会分裂成为特殊的细胞，如心脏细胞、骨骼细胞或脑细胞等。要了解沿着分化路径发育的细胞内外部线索，科学家可以对其进行RNA测序。但对某些细胞来说，进行RNA测序效果并不理想，因为这些细胞通常处于不同的发育状态。为了解决这个问题，科学家开发出单细胞RNA测序技术，但仍需要面对不同细胞状态之间关系的问题。

为解决这一问题，哥伦比亚大学研究人员开发出一种称为单细胞拓扑数据分析（scTDA）的算法。该算法可分析单个细胞的RNA序列，重建潜在的发育轨迹，并及时捕获不同转录程序的进展情况。拓扑学是研究表面和形状之间空间关系的数学领域，在这一研究中，则被用于确定不同细胞状态和该状态下才活跃的基因之间的联系。

研究人员使用scTDA绘制了经诱导成为运动神经元细胞的小鼠干细胞的发育路径。这一路线图准确地表明了这些细胞的发育轨迹——从干细胞开始，至神经元结束。通过查看哪些基因在路线图上的特定叉点附近是活跃的，就能够鉴定在不同时间节点引导细胞发育的蛋白质。该方法已经用于研究源自小鼠肺、人类胚胎和小鼠脑的干细胞的发育路径。

研究人员表示，新方法使他们能够深入了解细胞的潜在命运，了解控制细胞特征的关键分子转换，并找到使细胞发育免受负面影响的机会。他们期望以后会有更多发现，最终能够在特定发育阶段对个别细胞进行深入分析。