Детерминация клеток — это процесс определения пути развития, в котором клетки под влиянием различных молекулярных и генетических сигналов выбирают то или иное направление и приобретают определенные функции. «Одна оплодотворенная яйцеклетка дает начало сотням типов клеток, которые формируют различные ткани и органы. Этот процесс сложно организован. Если возникают аномалии, они, скорее всего, приведут к заболеваниям», — сказал Фан Сяодун, вице-президент BGI-Research, один из авторов исследования.
В ходе работы над проектом группа ученых изучила шесть эмбрионов в конце первой недели беременности. Это период, в который у зародыша мыши появляются ключевые структуры, такие как сердечная трубка, примитивная кишечная трубка и головная складка. Продолжительность беременности у мышей составляет около трех недель.
На основе анализа более 100 000 клеток 34-х типов команда построила цифровой эмбрион, пометив каждую отдельную клетку пространственной координатой. «Этот трехмерный реконструированный эмбрион (…) позволяет нам изучать пространственный атлас клеток и отслеживать морфологические изменения», — говорится в статье.
Созданная модель послужит для ученых образцом для сравнения с целью точного выявления отклонений в раннем развитии органов на уровне типов клеток и генов, пишет SCMP. «Ученые смогут лучше изучить основные причины и механизмы отклонений, а также разработать стратегии и лекарства для вмешательства и лечения», — сказал Фан. В дальнейшем модель может быть расширена на другие стадии эмбрионального развития для разных видов млекопитающих.
Воссоздание процесса формирования органов может пролить свет на проблему отказа органов. «Регенерация органов, включающая клеточную дифференциацию [процесс развития клетки в специализированный тип] и определение судьбы клетки, может рассматриваться как воссоздание процесса развития. Разобравшись в нормальных процессах развития органов, мы сможем получить представление об их регенерации. Например, какие типы клеток и сигналы экспрессии генов участвуют в запуске формирования сердца? Эти факторы тесно связаны с регенерацией органов и могут предоставить ценные сведения».
Тот же подход можно применить и для изучения внутренних структур опухолей, заявили ученые. Они уже начали работу над созданием 3D-моделей опухолей, применяя те же методы, которые использовали для разработки модели эмбрионов мышей. Она сможет показать распределение опухолевых, иммунных и других клеток.
Новая модель искусственного интеллекта AlphaGenome, созданная Google DeepMind, помогает анализировать малоизученные участки ДНК и предсказывать, как мутации в этих зонах могут менять активность генов. В экспериментах модель точно показала, как некодирующие мутации связаны с развитием лейкемии.
