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Nat Methods & Immunity:科学家开发出能研究细胞间信息交流的新技术—NicheNet

来源:本站原创 2020-02-17 22:41

2020年2月18日 讯 /生物谷BIOON/ --日前,两项刊登在国际杂志Nature MethodsImmunity上的研究报告中,来自比利时VIB-Ugent研究中心等机构的科学家们通过研究开发出了一种新型的生物信息学方法来更好地研究细胞之间沟通交流的分子机制。这种名为NicheNet的方法能帮助研究人员深入解析细胞中的基因表达是如何被相互作用的细胞所调节的,同时NicheNet技术还能广泛应用到诸如免疫学肿瘤生物学等研究领域中去。

图片来源:CC0 Public Domain

在多细胞有机体中,细胞自身并不会发挥作用,但其却会在相互作用的细胞中产生影响基因表达的信号分子,这种细胞间的通讯在多种生物学过程中扮演着非常关键的角色,比如细胞的发育和功能;研究细胞间的交流机制不仅对于理解基础生物学过程至关重要,而且还能帮助揭示诸如癌症等多种疾病的发病原因,在肿瘤微环境中癌细胞和其它细胞之间的相互作用对于癌细胞的生长至关重要。

巨噬细胞的分化就是细胞间通讯必不可少的一个关键过程,这个过程受到了巨噬细胞环境或生境中其它类型细胞的影响。研究人员通力和做对名为Kupffer细胞的细胞进行了研究,该细胞是生活在肝脏血流中的巨噬细胞,其能够产生大量相关细胞的基因表达数据。

研究者Yvan Saeys表示,利用此类数据就能够揭示细胞间的交流或许并不是一件简单的任务,我们 需要开发出一种新型复杂的算法来解决这类问题;基于此前研究结果,研究人员开发了一种新方法来分析细胞间彼此交流的分子机制。研究者解释道,我们的想法是利用多年来获得的大量关于细胞间信号的可用知识,并利用这些知识来阐明哪些细胞间的通信过程是正在发生的,为了做到这一点,研究人员就必须使用多种机器学习和复杂的技术来进行研究,比如用于分析社交网络的网络算法。

研究者Saelens表示,从本质上来讲,我们可以将NicheNet技术与一种假想的生物学家进行比较,假想的生物学家不仅能够知晓关于细胞间通讯的一切,而且还能将这些知识应用到复杂的大规模数据库中,过去对细胞间通讯进行合理的预测往往需要花费数周的文献研究,但如今研究人员只需要按下一个按钮就能够做到。

NicheNet测试的第一个案例就是研究者Guilliams实验室所得到的Kupffer细胞生境的数据,该实验室的研究人员如今能通过实验来证实NicheNet技术所预测到的某些信号,正是NicheNet技术才能使得研究人员研究一些自己并不会想到的因素,同时该技术也能作为一种必要的工具来帮助揭示Kupffer细胞的生境。

除了Kupffer细胞的故事外,研究人员还能在肿瘤微环境中应用NicheNet技术来研究细胞间的通讯机制,研究者在此前发表的单细胞数据中使用了该技术,但如今他们正在对新产生的单细胞数据库进行研究,不同类型的疗法如何影响肿瘤微环境中的细胞互作机制,以及这种作用如何影响肿瘤,后期研究人员将会使用NicheNet技术进行深入研究。

最后研究者表示,这些应用阐明了NicheNet技术的价值,即NicheNet技术在细胞交流在生物学过程和疾病发生过程中扮演关键角色的应用。(生物谷Bioon.com)

参考资料:

【1】Scientists develop 'Twitter' for cells
by VIB (the Flanders Institute for Biotechnology)

【2】Robin Browaeys et al. NicheNet: modeling intercellular communication by linking ligands to target genes, Nature Methods (2019). DOI:10.1038/s41592-019-0667-5

【3】Johnny Bonnardel et al. Stellate Cells, Hepatocytes, and Endothelial Cells Imprint the Kupffer Cell Identity on Monocytes Colonizing the Liver Macrophage Niche, Immunity (2019). DOI: 10.1016/j.immuni.2019.08.017

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