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細胞譜系
編輯細胞譜系表示受精胚胎的組織或器官的發育史。 這是基于隨著時間的推移,由于細胞分裂和重新定位而導致的生物體細胞祖先的追蹤,這從原始細胞開始,到不能再分裂的成熟細胞結束。
這種類型的譜系可以通過標記細胞(用熒光分子或其他可追蹤標記)并在細胞分裂后追蹤其后代來研究。 一些生物體,如秀麗隱桿線蟲,具有預定的細胞后代模式,成年雄性將始終由 1031 個細胞組成,這是因為秀麗隱桿線蟲的細胞分裂是基因決定的,被稱為 eutely。 這導致細胞譜系和細胞命運高度相關。 其他生物,例如人類,具有可變的譜系和體細胞數量。
C. 線蟲:模式生物
編輯作為細胞譜系的首批先驅之一,Sydney Brenner 博士在 1960 年代首先開始觀察線蟲秀麗隱桿線蟲的細胞分化和演替。 Brenner 博士之所以選擇這種生物,是因為它具有透明的身體、快速的繁殖能力、易于接近的特點,而且體積小,非常適合在顯微鏡下追蹤細胞譜系。
到 1976 年,Brenner 博士和他的同事 John Sulston 博士已經確定了秀麗隱桿線蟲正在發育的神經系統中的部分細胞譜系。 初步結果表明,線蟲是無胚的(每個個體都經歷相同的分化途徑),但 Sulston 和 Richard Horvitz 的研究表明,在孵化后,繁殖所必需的幾種細胞會分化。 這些細胞包括外陰細胞以及肌肉和神經元。 這項研究還導致了對程序性細胞死亡或細胞凋亡的初步觀察。
在繪制了秀麗隱桿線蟲細胞譜系的各個部分后,Brenner 博士和他的同事能夠拼湊出xxx張完整且可重復的細胞譜系命運圖。 他們后來因在器官發育和程序性細胞死亡的遺傳調控方面的工作而獲得了 2002 年諾貝爾獎。 由于線蟲是雌雄同體,因此由雄性和雌性器官組成,它們儲存精子并能夠自我受精。 秀麗隱桿線蟲包含 302 個神經元和 959 個體細胞,它們從 1031 個開始,其中 72 個經歷細胞凋亡,即程序性細胞死亡。 這使得 c.elegana 模型生物用于研究細胞譜系,并且由于其透明表型而能夠觀察細胞分裂。
細胞譜系的歷史
編輯Whitman 在 1870 年代進行了最早的細胞譜系研究之一,他研究了水蛭和小型無脊椎動物的卵裂模式。 他發現一些類群,如線蟲和海鞘,形成了一種細胞分裂模式,這種模式在個體之間是相同的,而且是不變的。 細胞譜系和細胞命運之間的這種高度相關性被認為是由分裂細胞內的分離因子決定的。 其他生物具有固定的細胞分裂模式并產生亞系,這些亞系是特定前體細胞的后代。 這些更多變的細胞命運被認為是由于細胞與環境的相互作用。 由于在更準確地追蹤細胞方面取得了新的突破,這有助于生物界,因為現在使用各種顏色來顯示原始細胞并且能夠輕松追蹤。 這些顏色是熒光的,并通過注射來標記蛋白質,以追蹤這些細胞。
命運映射技術
編輯細胞譜系可以通過兩種方法確定,通過直接觀察或通過克隆分析。 在 19 世紀早期,直接觀察被使用,但是它有很大的局限性,因為只能研究小的透明樣本。 隨著共聚焦顯微鏡的發明,可以研究更大更復雜的生物體。
也許遺傳時代最流行的細胞命運圖譜方法是通過由 Cre-Lox 或 FLP-FRT 系統介導的位點特異性重組。 通過利用 Cre-Lox 或 FLP-FRT 重組系統,報告基因(通常編碼熒光蛋白)被激活并xxx標記感興趣的細胞及其后代細胞,因此稱為細胞譜系追蹤。 有了這個系統,研究人員可以通過設計一個遺傳模型來研究他們最喜歡的基因在決定細胞命運中的功能,在這個模型中,一個細胞內的一個重組事件被設計用于操縱感興趣的基因,另一個重組事件被設計用于激活一個報告基因。 一個小問題是兩個重組事件可能不會同時發生,因此需要謹慎解釋結果。 此外,一些熒光報告基因的重組閾值非常低,以至于它們可能在沒有誘導的情況下在不需要的時間點標記細胞群。
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