సంపూర్ణ ఎంబ్రియోను సబ్‌సెల్యులర్ రిజల్యూషన్‌లో చిత్రీకరించడం

జీవనం యొక్క నీలనిర్మాణం, స్థానం మరియు సమయంలో చదవబడుతుంది

ఒక నిషేచిత కణ నుండి పూర్తిగా ఏర్పడిన జీవిలో ఎన్నిసార నిర్దిష్ట కణ రకాలు ఎలా ఉద్భవిస్తాయో—ప్రతిది సరైన జన్యువులను సరైన స్థానంలో సరైన అభివృద్ధి దశలో వ్యక్తపరుస్తుందో అర్థం చేసుకోవడం వంద సంవత్సరాలకు పైగా అభివృద్ధిశీల జీవశాస్త్రానికి కేంద్ర సవాలుగా ఉంది. ఈ ప్రశ్న కేవలం శాస్త్రీయంగా లోతైనది కాదు బదులుగా వైద్యపరంగా కీలకమైనది: ఎక్కువ అభివృద్ధి రుగ్మతలు, జన్మ సంబంధిత వైకల్యాలు, మరియు అనేక క్యాన్సర్‌లు అభివృద్ధి సమయంలో జన్యువుల ఎప్పుడు మరియు ఎక్కడ వ్యక్తపరుస్తాయో నియంత్రించే పరమాణు కార్యక్రమాలలో లోపాలకు గుర్తుపట్టుకోవాలి.

అభివృద్ధిలో జన్యువు వ్యక్తీకరణను అధ్యయనం చేయడానికి సాంప్రదాయిక విధానాలకు ఎంబ్రియోలను ఒకే కణాలలో విడదీయడం అవసరమైంది—ఏ కణ ఎక్కడ ఉంది మరియు దాని పొరుగువారు ఏమి చేస్తున్నారో స్పష్టం చేసే స్థానపూర్వక సమాచారం నాశనం చేయడం. Single-cell RNA sequencing ఈ రంగాన్ని రూపాంతరం చేసింది ఒకే-కణ రిజల్యూషన్‌లో వ్యక్తీకరణ ప్రొఫైలింగ్ ఎనబుల్ చేయడం ద్వారా, కానీ స్థానపూర్వక కొలతలు కణ విడదీయ ప్రక్రియలో కోల్పోయాయి. స్థానపూర్వక transcriptomics సాంకేతికతల యొక్క కొత్త తరం ఆ స్థానపూర్వక సమాచారాన్ని పునరుద్ధరించింది, కానీ సాధారణంగా ప్రక్కనే ఉన్న కణాలను వేరు చేయలేని రిజల్యూషన్‌ల వద్ద, చాలా తక్కువ ఒకే కణాలలో నిర్మాణాలను పరిష్కరించండి.

Science విషయానికి ఈ వారం ప్రచురితమైన ఒక అధ్యయనం ఒక సాధన నివేదించింది: పూర్ణ-ఎంబ్రియో spatial transcriptomics సబ్‌సెల్యులర్ రిజల్యూషన్‌లో, సందర్భ నిర్మాణం నుండి ప్రధాన అవయవ వ్యవస్థల నిర్మాణం ద్వారా అభివృద్ధి చేస్తున్న ఎంబ్రియోలలో జన్యువు వ్యక్తీకరణను చుట్టుకొలుత.

సాంకేతిక సాధన

పరిశోధన బృందం ద్వారా అభివృద్ధి చేయబడిన పద్ధతి in situ sequencing విధానాన్ని ఉపయోగిస్తుంది ఇది కణజాల నిర్మాణాన్ని సంరక్షిస్తుంది RNA అణువులను వాటి ఖచ్చితమైన స్థానిక ప్రదేశాలలో చదువుతుంది. శ్రేణీ కణజాల విభాగీకరణ తర్వాత సంధించిన టెక్నోలాజీలకు విభిన్నంగా, ఈ విధానం RNA అణువులను నేరుగా కణజాలలో గుర్తిస్తుంది మరియు సీక్వెన్స్ చేస్తుంది, ప్రతి ట్రాన్‌స్క్రిప్ట్ గుర్తించిన సెల్యులర్ మరియు సబ్‌సెల్యులర్ స్థానపూర్వక సందర్భాన్ని నిర్వహిస్తుంది.

సబ్‌సెల్యులర్ రిజల్యూషన్‌లో, కణం ఏ జన్యువులను వ్యక్తపరుస్తోందో కాకుండా ఆ కణలలో కణ ఎక్కడ సరిపోయిందో గమనించడం సాధ్యమవుతుంది. RNA స్థానీకరణ సంపూర్ణ నియంత్రణ విధానం: అనేక ట్రాన్‌స్క్రిప్టులు నిర్దిష్ట సెల్యులార్ కంపార్టుమెంట్‌లకు లక్ష్యంగా ఉంటాయి—epithelial కణాల apical లేదా basal ఉపరితలం, వలస చేస్తున్న కణాల ముందు అంచు, న్యూరాన్‌ల దుమ్ములు—అక్కడ అవి స్థానికంగా అనువదించబడి ప్రోటీన్‌ల ఉత్పత్తిని చేస్తాయి ఎక్కడ కార్యం చేయవలసి ఉంటుంది. ఈ స్థానిక కొలతను సంగ్రహించడం సెల్ వితానం, నిర్దేశిత సెల్ వలస, మరియు కణజాల సరిహద్దుల నిర్మాణం గురించిన పంథా సమాచారం సరఫరా చేస్తుంది ఇది పూర్వం ఈ స్థాయిలో అందుబాటులో లేనిది.

ఆ్యాటిస్ క్షుద్ర

gastrulation-నుండి-organogenesis విండోలో అభివృద్ధి చేస్తున్న ఎంబ్రియోలకు అన్వయించిన—ఎంబ్రియో దాని త్రీ-పొర శరీర ప్రణాళిక ఏర్పరచుకోవడానికి మరియు గుర్తించదగిన అవయవ పూర్వమూలకలు ఏర్పరచుకోవడం ప్రారంభించే సమయ—సాంకేతికత ఆश్చర్యకరమైన సమృద్ధతను సృష్టిస్తుంది. ఫలితపడిన యాత్ర ఎంబ్రియోలో ప్రతి సెల్‌లో వేలాది జన్యువుల వ్యక్తీకరణ స్థానసూచక సమన్వయీకరణ యాత్ర అభివృద్ధి చేస్తుంది, ఎంబ్రియోర మూడు-డైమెన్షనల్ శరీర నిర్మాణం మరియు ఐక్య సెల్‌కు సెల్ నిర్మాణం రెండింటినీ సంగ్రహించిన సెల్‌ను సంగ్రహిస్తుంది.

ఆ ఆ్యాటిస్ సంగ్రహాలు ఖచ్చితమైన పరమాణు సరిహద్దులను సూచిస్తాయి ఎక్కడ ఒక సెల్ రకం మరొక సెల్ రకానికి పరివర్తనం చేస్తుంది, జన్యువు వ్యక్తీకరణ ప్రవణతలు ఏర్పందిన కణజాలలో స్థానపూర్వక సమాచారం సరఫరా చేస్తాయి, మరియు సెల్‌లు ఇండక్షన్ మరియు భిన్నత కార్యక్రమాల ద్వారా తిరిగిరావచేసేటప్పుడు పక్షపాత కార్యక్రమాల నిరంతర సక్రియీకరణ. ఆ్యాటిస్ నుండి ఉద్భవించిన అనేక ఆవిష్కారాలు ఆధునిక నమూనాలచే ఊహించబడలేదు: gastrulation neural tube లో అనూహ్య జన్యువు వ్యక్తీకరణ డోమైన్‌లు, కణజాల సరిహద్దుల వద్ద పూర్వానికి నిర్ణీత సెల్ జనాభా, మరియు నిర్దిష్ట అవయవ రకాల యొక్క తొలి పూర్వమూలకలను గుర్తుస్తున్న కొత్త కరణ కారకం సమ్మిళనాలు.

అభివృద్ధిశీల జీవశాస్త్రం మరియు ఔషధంలో అనువర్తనాలు

సమీప శాస్త్రీయ అనువర్తనం సూచన యాత్ర గా ఉంది—ఒక సమగ్ర ఆ్యాటిస్ ఇతర పరిశోధకులు నిర్దిష్ట జన్యువులు, సెల్ రకాలు, లేదా అభివృద్ధి కార్యక్రమాల గురించిన తమ స్వంత సంధానాలను అర్థం చేసుకోవడానికి ఉపయోగించవచ్చు. అభివృద్ధిశీల జీవశాస్త్రం విరామాలను సేకరించిన జీవన సిఎండిఇ గురించిన పర్యవేక్షణలను చేసింది చిన్నవాని జన్యువులు పరస్పర లేదా జన్యువులు నిర్వహించిన చేసిన లేదా చేపట్టిన సందర్భంలో కానీ ఈ పర్యవేక్షణలను వ్రాసుకోవడానికి ఆ జన్యువుల వ్యక్తీకరణ సాధారణ స్థానపూర్వక మరియు సమయిక సందర్భాన్ని తెలుసుకోవడం అవసరమైంది. ఆ్యాటిస్ అందుబాటలో లేని సందర్భ సరఫరా చేస్తుంది.

వైద్యపరంగా, అత్యంత ముఖ్యమైన అనువర్తనాలు మానవ అభివృద్ధిశీల రుగ్మతలను వ్రాసుకోవడానికి ఆ్యాటిస్‌ను ఉపయోగించడం నుండి సంభవించే సంభవ్యత ఉంది. అనేక జన్మ సంబంధిత పరిస్థితులు సూక్ష్మ లోపాలను సంజయిస్తాయి కార్యక్రమాలలో—neurulation, somitogenesis, cardiogenesis—ఇవి ఆ్యాటిస్ చేత సంగ్రహించిన ఎంబ్రియోనిక్ దశలలో ప్రతినిధిత్వం గెలుపు. సాధారణ జన్యువు వ్యక్తీకరణ దృశ్యాన్ని జన్మ సంబంధిత పరిస్థితులతో సంబంధితమైన జన్యువులు మరమత్తులను సహించిన చేసిన మోడల్ జీవుల గరిష్టీకరణకు పోల్చుకుంటే పరమాణు కార్యక్రమాలను గుర్తించవచ్చు ఏమిటో మరియు సంభవ్యంగా జోక్యం సందర్భాలను సూచిస్తుంది.

సాంకేతికత అందుబాటులో ఉంటుంది మరియు భవిష్యత్ దిశలు

Spatial transcriptomics ప్రత్యేక పరిశోధన సాధనం నుండి విస్తృతంగా అందుబాటుకు ఉన్న వేదిక సాంకేతికతకు కదులుతోంది, 10x Genomics మరియు Vizgen నుండి వర్తకీయ అభివృద్ధిచేత నడిచేస్తుంది. ఈ అధ్యయనంలో నివేదించిన సంపూర్ణ-ఎంబ్రియో సబ్‌సెల్యులర్ విధానం ఎక్కువ-ముగ్గులు అమలు సూచిస్తుంది ఇది ఇంకా నియమిత నిండీ కానీ అంతర్గత సూత్రాలు విస్తృత అందుబాటుకు ఉన్న సంబంధిత సాధనాలు మరియు కరకు అభివృద్ధి చేయబడేటప్పుడు విస్తృతంగా అందుబాటుకు ఉంటాయి. భవిష్యత్ దిశలు ఆ్యాటిస్‌ను కూడా అభివృద్ధి దశలకు విస్తృతం చేయడం, సాంకేతికతను మానవ ఎంబ్రియోయిడ్ organoidలకు అన్వయించడం, మరియు స్థానపూర్వక వ్యక్తీకరణ ఆ్యాటిస్‌ను శిక్షణ సెట్‌గా ఉపయోగించడం సాంకేతిక నమూనాల కోసం ఏమిటో ఇది అభివృద్ధిశీల కార్యక్రమాలు ప్రతిస్పందించవచ్చు జన్యు లేదా పరిసర విక్రియలకు.

ఈ కథ Science (AAAS) ద్వారా వరుస తిరిగిరావచేసుకుంటుంది. అసలు కథను చదువండి.