Science：新方法构建细胞谱系树，重现人细胞发育的最早阶段

2021年3月23日讯/生物谷BIOON/---人类生物学的一大奥秘是，单个细胞如何能产生普通人体所包含的37万亿个细胞，而且每个细胞都有自己的专门作用。在一项新的研究中，来自美国耶鲁大学和梅奥诊所的研究人员设计出一种方法来重现细胞发育的最早阶段，而细胞发育产生如此惊人的细胞类型多样性。相关研究结果近期发表在Science期刊上，论文标题为“Early developmental asymmetries in cell lineage trees in living individuals”。论文通讯作者为耶鲁大学的Flora M. Vaccarino和梅奥诊所的Alexej Abyzov。

图片来源：D.Suter, EPFL。

这些研究人员利用从两个活人身上采集的皮肤细胞，通过识别这些细胞基因组内所包含的微小变异或突变，能够追踪它们的细胞谱系。 这些“体细胞”或非遗传性突变是在人类发育过程中每次细胞分裂时产生的。随着这些分裂的继续进行，带有任何特定突变痕迹的细胞比例会下降，基本上为科学家们留下了一条可以追溯到最早细胞的线索。如果带有突变痕迹的细胞比例很高，科学家们就知道该突变是在细胞谱系中较早产生的，在早期胚胎发育过程中更接近它的一个共同祖先。

Vaccarino说，“这就像我们身体的族谱网站Ancestry.com。”比如，科学家们知道皮肤细胞内的一些突变是在胚胎发育早期产生的，这是因为在成年人的血液、唾液和尿液样本中也能检测到它们。在人体中，这些特殊组织中的每一个都产生于不同的胚层，或者说是胚胎中最先分化的细胞类型。这些不同的胚层产生了神经系统、肠道、血液和连接组织。

这些研究结果表明，在胚胎中产生的突变会被每个子细胞遗传并保留在身体发育到成年的整个过程中，从而使得能够重建这些个体的早期谱系树。

这些发现还可能帮助科学家们将发育障碍追溯到细胞的起点。例如，精神分裂症和自闭症等神经精神疾病可能源于劫持了早期发育调节因子的早期细胞功能失常。这可能会改变某些细胞谱系的生长和扩张，或者它们在发育过程中发生分离而形成新的细胞系的时间。

令人感兴趣的是，这些研究人员还发现，在第一次分裂时发生分歧的细胞谱系往往是不对称的。例如，在胚胎中最初产生的两个子细胞中的一个最终占成人体内细胞类型的90%。他们说，另一个子细胞可能主要致力于产生胎盘，所产生的胎盘将滋养成长中的胚胎。

Vaccarino强调，在细胞发育的每一步中，追踪细胞祖先的个体差异的技术仍然有限。但这是有希望的。她说，“我们已经找到了一种微创的方法，可以窥视一个人的细胞历史。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Liana Fasching et al. Early developmental asymmetries in cell lineage trees in living individuals. Science, 2021, doi:10.1126/science.abe0981.

Researchers create "Ancestry.com" for cells
https://phys.org/news/2021-03-ancestrycom-cells.html