«Для меня все еще удивительно, что теперь мы можем даже определять транскриптом отдельных клеток, — сказал ведущий автор Лале Хагверди, — особенно когда понимаешь, что типичная клетка содержит всего несколько пикограмм РНК *». Доступность этих данных в настоящее время начинает революционизировать многие области исследований, но для их правильной интерпретации требуются новые статистические методы. «Например, все клетки в образце никогда не начинают свое развитие синхронно, и их развитие занимает разное время. Поэтому мы всегда имеем дело с динамической смесью», — добавил Хагверди, докторант Института вычислительной биологии (ICB). в Центре Гельмгольца в Мюнхене. «Из этого чрезвычайно сложно построить несколько этапов процесса, тем более что ячейки доступны только для одного измерения».Добро пожаловать в эру псевдовремени
Чтобы расшифровать процессы развития на основе измерения одной временной точки, квази-снимка, исследователи во главе с директором ICB профессором доктором Фабианом Тайсом разработали алгоритм, называемый диффузионным псевдовременем, для интерпретации данных секвенирования отдельных клеток. Этот алгоритм упорядочивает ячейки на виртуальной временной шкале — псевдовремя, — по которому они показывают непрерывные изменения в транскриптоме.
Таким образом, можно реконструировать, какие гены экспрессируются последовательно. С помощью этого метода исследователи могут графически отображать ветвящиеся линии путей развития различных типов клеток.«Например, мы можем показать, как относительно однородный кластер стволовых клеток крови превращается в разные типы клеток», — сказал руководитель исследования Тайс. «В то время как некоторые из них становятся эритроцитами, другие дифференцируются в эндотелиальные клетки. Мы можем проследить эти судьбы на основе данных транскриптома отдельных клеток».
Кроме того, ученые получают информацию о том, какие генные переключатели лежат в основе разработок. Относительно диффузная смесь клеток, которые оказались на разных стадиях своего развития, может быть распутана на компьютере и после анализа дает ясную картину происходящих отдельных этапов.Однако для исследователей это только начало, поскольку процессы кроветворения относительно хорошо изучены. Они служили только тестовым объектом, чтобы определить, насколько хорошо работает метод. «В будущем мы хотим сосредоточиться на процессах, которые до сих пор оставались неуловимыми или которые, возможно, вообще не были обнаружены», — сказал Тайс **.
Фон:* РНК означает рибонуклеиновые кислоты, которые составляют сырье для анализа транскриптома.** В сотрудничестве с экспериментальными институтами Центра им.
Гельмгольца в Мюнхене ученые сосредоточили свое внимание на развитии клеток мозга и бета-клеток, продуцирующих инсулин, в поджелудочной железе, а также на других исследовательских проектах. Они надеются, что, выясняя образование отдельных групп клеток, они разработают подходы для вмешательства в эти процессы — например, когда они нарушены из-за болезни.