Les crèches des hôpitaux placent régulièrement des bandes souples autour des minuscules poignets des nouveau-nés qui contiennent des informations d’identification importantes telles que le nom, le sexe, la mère et la date de naissance. Les chercheurs de l’Université Rockefeller adoptent la même approche avec les cellules cérébrales des nouveau-nés, mais ces nouveau-nés conserveront leurs étiquettes d’identification toute leur vie, afin que les scientifiques puissent suivre leur croissance et leur maturation, afin de mieux comprendre le processus de vieillissement du cerveau.
Comme décrit dans un nouvel report paru dans Mobile, la nouvelle méthode développée par le généticien Rockefeller Junyue Cao et ses collègues s’appelle TrackerSci (prononcé « ciel »). Cette approche peu coûteuse et à haut débit a déjà révélé que même si les cellules nouveau-nées continuent d’être produites tout au extended de la vie, les forms de cellules produites varient considérablement selon les âges. Ce travail révolutionnaire, dirigé par les co-auteurs Ziyu Lu et Melissa Zhang du laboratoire de Cao, promet d’influencer non seulement l’étude du cerveau, mais également des factors as well as larges du vieillissement et des maladies dans le corps humain.
« La cellule est l’unité fonctionnelle de base de notre corps, donc les changements dans la cellule sont à l’origine de pratiquement toutes les maladies et du processus de vieillissement », explique Cao, chef du Laboratoire de génomique unicellulaire et de dynamique des populations. « Si nous pouvons caractériser systématiquement les différentes cellules et leur dynamique à l’aide de cette nouvelle strategy, nous pourrons obtenir une vue panoramique des mécanismes de nombreuses maladies et de l’énigme du vieillissement. »
Unusual et puissant
De nouvelles cellules sont produites en permanence dans le cerveau des mammifères adultes, un processus critique associé à la mémoire, à l’apprentissage et au anxiety. Ils se développent à partir de cellules progénitrices – descendants de cellules souches adultes qui se différencient en varieties cellulaires spécialisés.
Cependant, la manière dont ce processus se déroule est largement inconnue, à la fois en raison des restrictions technologiques et de la rareté des cellules. Trouver des cellules progénitrices dans le cerveau est un travail d’aiguille dans une botte de foin chez les mammifères, ils ne représentent que, 5 pour cent de toutes les cellules cérébrales. Ce chiffre tombe à, 1 % au cours des dernières étapes de la vie – une baisse due à l’instabilité cellulaire, une caractéristique essentielle de la maladie et du vieillissement.
Cao étudie remark les tissus et les organes maintiennent des populations de cellules stables – une caractéristique de la santé -. Lui et son équipe ont donc voulu étudier remark différentes populations cellulaires se développent et si ces cellules neuronales variées déclinent de la même manière ou empruntent des chemins différents. Suivre leur durée de vie cellulaire de la naissance à la maturité révélerait non seulement les différences, mais aussi le second où elles apparaissent.
Son laboratoire se spécialise dans l’optimisation des méthodes de séquençage unicellulaire, une approche d’analyse de plus en as well as populaire axée sur l’expression génétique et la dynamique moléculaire des cellules individuelles. Le groupe de Cao utilise l’indexation combinatoire, une technique sophistiquée mais rentable qui permet l’analyse simultanée de thousands and thousands de cellules. Cette méthode marque de manière exceptional les molécules cellulaires avec des codes-barres distincts qui correspondent à l’assemblage moléculaire exceptional de chaque cellule. Avec TrackerSci, Cao et ses collègues ont encore affiné cette approach. Cette amélioration permet le marquage et le suivi méticuleux de la dynamique des cellules progénitrices rares dans les organes de mammifères.
« C’est comme une combinaison de carte d’identité et de traceur GPS », explique Cao.
As well as jeune contre as well as âgé
Pour la présente étude, les chercheurs ont analysé as well as de 10 000 cellules progénitrices nouveau-nées provenant de cerveaux entiers de souris couvrant trois âges (jeunes, matures et âgés) avec une molécule synthétique connue sous le nom de 5-éthynyl-2-désoxyuridine (EdU). À mesure que ces cellules nouveau-nées se différenciaient, proliféraient et se dispersaient, EdU continuait à marquer leur ADN, fonctionnant comme un traceur GPS. Cette approach innovante a permis aux chercheurs d’analyser des dizaines de milliers d’expressions génétiques et les paysages chromatiniens de ces cellules nouveau-nées à mesure qu’elles se transformaient en familles de sorts cellulaires dotés de différentes fonctions moléculaires.
« Nous avons pu quantifier les taux de prolifération cellulaire et de différenciation de nombreux forms de cellules dans l’ensemble du cerveau en une seule expérience, ce qui n’était pas doable avec les approches conventionnelles », explique Cao. « Ceux-ci capturent uniquement des informations statiques – l’état moléculaire actuel d’une cellule à un immediate donné. Mais TrackerSci capture des informations dynamiques au fil du temps. C’est comme si d’autres méthodes prenaient des instantanés et tournaient un film. »
Certains personnages clairs – et surprenants – ont émergé de ces movies. Le moreover frappant est qu’il y a eu des changements radicaux dans le type de cellules générées, en fonction de l’âge de la souris.
Par exemple, le nombre de progéniteurs qui deviennent des neurones, les cellules communicatives essentielles du cerveau, est in addition élevé dans les cerveaux jeunes. Il en va de même pour toute une série de cellules gliales, qui créent un environnement steady pour les neurones en les enveloppant, en leur fournissant des nutriments et en les défendant contre les brokers pathogènes, autant d’éléments importants pour un organe jeune et encore en développement.
L’inverse est vrai dans le cerveau des personnes âgées. Les cellules progénitrices deviennent rarement des neurones ou des cellules gliales en fait, pratiquement tous les kinds de cellules cérébrales s’effondrent. La plupart des pertes sont les neuroblastes du gyrus denté, essentiels à la création de neurones dans l’hippocampe, une région liée à la mémoire et à des maladies comme la maladie d’Alzheimer. Par rapport au cerveau adulte, le nombre de ces cellules est divisé par 16 dans le cerveau âgé.
Au lieu de cela, les cellules immunitaires et les microglies, une sorte de macrophage, prolifèrent dans le cerveau vieillissant. Mais plutôt que de protéger le cerveau, elles se transforment en un état cellulaire inflammatoire spécifique au vieillissement – et ces cellules sont produites à un rythme in addition élevé. En bref, le cerveau vieillissant crée davantage de cellules qui créent davantage de problèmes pour le cerveau vieillissant.
La science est la limite
Cao dit que TrackerSci pourrait être utilisé pour suivre la capacité de régénération de nombreux organes.
« Nous ne sommes pas un laboratoire cérébral », notice-t-il. « Nous avons également testé le protocole de profilage des cellules progénitrices dans les poumons, le côlon, le pancréas et de nombreux organes différents. »
D’autres organes ont des proportions de cellules progénitrices bien as well as élevées que le cerveau Les progéniteurs nouveau-nés représentent par exemple as well as de 20 pour cent des cellules du côlon. Il y a quelques années, Cao a démontré le potentiel d’analyse de la dynamique des populations cellulaires dans le développement fœtal humain en créant un atlas cellulaire utilisant une méthode d’indexation combinatoire similaire.
TrackerSci est l’une des nombreuses strategies de séquençage special récemment apparues dans le laboratoire de Cao. Un autre, appelé PerturbSci-Kinetics, développé par l’étudiant diplômé Zihan Xu, décode le réseau de régulation à l’échelle du génome qui sous-tend la dynamique temporelle de l’ARN en couplant la génomique unicellulaire évolutive avec des perturbations génétiques à haut débit ou des manipulations pouvant influencer la fonction des gènes. La méthode a été récemment décrite dans un post paru dans Mother nature Biotechnology.
