Первая команда под руководством ученых из Вашингтонского университета разработала метод DNA Typewriter, который записывает последовательные изменения в ДНК по мере деления клеток. Исследователи ввели систему в оплодотворенную яйцеклетку мыши, а затем перенесли ее в организм самки. Через 13 дней, когда у эмбриона уже сформировались основные системы органов, ученые изучили генетические метки и восстановили историю развития 1,3 млн клеток, пишет Nature. Это около 10% клеток эмбриона на данном этапе.

Каждая метка сохраняла информацию о предыдущих делениях. Сравнивая наборы изменений в ДНК разных клеток, ученые определяли, какие из них произошли от общих предшественников. В результате удалось построить генеалогическое дерево клеток от первой пары дочерних клеток до поздних этапов формирования органов.

Анализ показал, что вклад разных клеток-предшественников в развитие эмбриона неодинаков.

Сравнительно небольшая группа клеток ранних этапов дала начало непропорционально большой доле эмбриона. При этом такие предшественники могли превращаться в разные типы клеток, а не были жестко ограничены одной специализацией. Позднее отдельные клеточные линии начинали преобладать в конкретных тканях и органах.

Исследователи также обнаружили, что близкие по происхождению клетки чаще оказывались клетками одного типа. Среди пар ближайших родственников 51% имели одинаковый тип клеток. Это происходило примерно в 9 раз чаще, чем при случайном распределении. Результат показал, что история делений содержит информацию о будущей специализации клеток.

Вторая команда под руководством ученых из Института Уайтхеда использовала более точную технологию редактирования ДНК, чтобы отслеживать деления клеток во время формирования органов. Такой подход позволил охватить большую часть клеточных делений и снизить риск повреждения клеток, который возникает при избыточном внесении генетических изменений.

Обе работы решают важную задачу биологии развития. У млекопитающих миллионы клеток формируются в скрытом от прямого наблюдения эмбрионе, а их судьба зависит не только от происхождения, но и от сигналов окружающих тканей. Новые методы позволяют одновременно восстанавливать родственные связи клеток и сопоставлять их с тканями и органами. В дальнейшем такие карты позволят изучать причины нарушений развития.

Тем временем другие исследователи из США впервые использовали технологию редактирования оснований для точного изменения генома человеческих эмбрионов.