Новосибирск, Россия
Novosibirsk, Russia
Новосибирск, Россия
Novosibirsk, Russia
В процессе развития многоклеточного организма из одной тотипотентной зиготы образуется огромное количество клеток (триллионы для человека) с разной специализацией. Во взрослом состоянии многие ткани постоянно самообновляются: старые клетки погибают, а из популяции стволовых клеток образуются новые. Изучение судьбы отдельных клеток, их происхождения и родственных связей дает ответы на многие вопросы, связанные как с нормальным развитием, так и с патогенезом. Прямые наблюдения за развивающимися эмбрионами позволили установить судьбу бластомеров асцидии Styela partita, а также происхождение всех клеток червя Caenorhabditis elegans. Исследователям повезло с объектом: в первом случае происходит естественное «маркирование » бластомеров, во втором, поскольку тело червя прозрачно, можно следить за каждой клеткой нематоды. В большинстве же случаев определение клеточных линий и идентификация субпопуляций стволовых клеток представляют большую трудность для исследователей. Поэтому для отслеживания судьбы отдельных клеток стали разрабатываться методы маркирования, основанные на внесении в клетки специфических меток, которые наследуются в ходе делений. Поскольку все потомки исходной клетки несут одинаковые метки, их можно легко отличить от потомков других клеток. В обзоре обсуждаются методы маркирования клеток с помощью красителей и генетических конструкций, обеспечивающих синтез белков-репортеров, по наличию которых можно установить родство клеток. Особое внимание уделено методам, основанным на внесении наследуемой метки в геном клеток (генетическое маркирование), в том числе вирусному маркированию и клеточному баркодированию. Один из разделов обзора посвящен маркированию клеток с помощью системы CRISPR/Cas – популярного инструмента генной инженерии.
A zygote, the only totipotent cell of the developing organism, transforms into a complex, multicellular entity with billions (for humans) of highly specialized cells and tissues. Most adult tissues are maintained by a combination of highly dynamic processes of senescence, apoptosis and rejuvenation with new cells constantly arising from dispersed depots of stem cells. Studying individual cell fates and their intertwined relations thus aids in understanding ontogenetic development as well as pathogenic processes in the body. Direct observations of developing embryos uncovered the fate of single blastomeres of ascidia and nematode. In both cases, research benefited from the simplicity of these objects, because, in ascidia, each blastomere has unique signatures naturally, and, in nematode, transparency of a worm’s 959-cell body allows every cell to be traced through development individually. In most cases, however, studying cellular lineages and identification of stem cells’ subpopulations are a true challenge for investigators. To trace the cell’s fate, novel methods were invented that introduce special tags into cells, the tags that would be inherited during cell divisions. Every descendent of a marked cell bears the same tag and can easily be distinguished from unrelated cellular neighbors. This review focuses on modern methods for cell tracing with dyes and genetic constructs encoding protein reporters that mark cell lineages. Special focus is on genome-integrated tags (genetic labeling), such as viral and cellular barcoding. One chapter of the review describes novel advancements in the field of CRISPR/Cas9-based cellular barcoding.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.