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美开发单细胞算法，揭示细胞发育路径

2017-05-03 09:49

改编自中国科技网


科技日报华盛顿5月1日电 （记者 刘海英）基于拓扑学原理，美国哥伦比亚大学研究人员开发了一个新工具，可用来描述细胞发育的多种可能路径，以详细了解干细胞是如何发展成为其他细胞的。其结果发表在5月1日出版的《自然·生物技术》期刊上。


单细胞RNA测序虽可用于细胞发育的研究，但仍受限于已有的数据结构。为解决这一问题，哥伦比亚大学研究人员开发出一种称为单细胞拓扑数据分析（scTDA）的算法。该算法可分析单个细胞的RNA序列，重建潜在的发育轨迹，并及时捕获不同转录程序的进展情况。它是以拓扑为基础的非线性计算机分析算法和统计框架，研究时间轴上的转录调控，能对细胞瞬时状态进行描述。


研究人员使用scTDA绘制了经诱导成为运动神经元细胞的小鼠干细胞的发育路径。这一路线图准确地表明了这些细胞的发育轨迹——从干细胞开始，至神经元结束。通过查看哪些基因在路线图上的特定叉点附近是活跃的，就能够鉴定在不同时间节点引导细胞发育的蛋白质。该方法已经用于研究源自小鼠肺、人类胚胎和小鼠脑的干细胞的发育路径。


研究人员表示，新方法使他们能够深入了解细胞的潜在命运，了解控制细胞特征的关键分子转换，并找到使细胞发育免受负面影响的机会。他们期望以后会有更多发现，最终能够在特定发育阶段对个别细胞进行深入分析。


文献出处：

Abbas H Rizvi,et al. Single-celltopological RNA seq analysis reveals insights into cellular differentiation anddevelopment. Nature Biotechnology (2017) doi:10.1038/nbt.3854. Published online01 May 2017