波士頓兒童醫(yī)院干細(xì)胞研究計(jì)劃的研究人員報(bào)告說(shuō)，一種新的顏色編碼工具使科學(xué)家能夠更好地追蹤活血干細(xì)胞，這是了解血液疾病和白血病等癌癥的關(guān)鍵部分。在自然細(xì)胞生物學(xué)中，他們描述了他們的工具在斑馬魚(yú)中的使用，以跟蹤魚(yú)類(lèi)出生時(shí)的血液干細(xì)胞，這些細(xì)胞自身產(chǎn)生的克隆(拷貝)以及它們產(chǎn)生的特化血細(xì)胞類(lèi)型(紅細(xì)胞，白色)細(xì)胞和血小板)。干細(xì)胞研究計(jì)劃主任，該論文的資深作者Leonard Zon認(rèn)為，該工具對(duì)血液學(xué)和癌癥醫(yī)學(xué)有很多影響，因?yàn)榘唏R魚(yú)與人類(lèi)遺傳上的驚人相似。

人們天生就有一定數(shù)量的血液干細(xì)胞，并且終生依賴(lài)它們。當(dāng)原始血液干細(xì)胞的突變體克隆開(kāi)始占主導(dǎo)地位時(shí)，認(rèn)為出現(xiàn)各種血液病癥和癌癥。但隨著時(shí)間的推移血液干細(xì)胞實(shí)際發(fā)生的事情很難確定。“確定干細(xì)胞克隆如何擴(kuò)展，使一個(gè)克隆占優(yōu)勢(shì)的原因，以及為什么這會(huì)使你容易患上癌癥和血液病，這是非常有意義的，”Zon說(shuō)。

彩虹的所有顏色

Zon，加州大學(xué)圣地亞哥分校的David Traver博士，波士頓兒童及其他同事的第一作者Jonathan Henninger，使用了一種名為Zebrabow的特殊斑馬魚(yú)，它具有分散的紅藍(lán)基因熒光蛋白的多個(gè)基因拷貝通過(guò)它的基因組。通過(guò)激活某些酶，該團(tuán)隊(duì)以不同的方式和不同的數(shù)量切割紅藍(lán)綠組件。理論上，該技術(shù)基于細(xì)胞的每種熒光蛋白的總比例產(chǎn)生約80種不同的顏色 - 每種顏色代表不同的克隆或各種血液干細(xì)胞。

“它就像一臺(tái)RGB電視機(jī)，紅色，藍(lán)色和綠色為您提供全方位的色彩，”Zon解釋道。“在我們的系統(tǒng)中，酶切出不同的部分 - 例如，藍(lán)色或藍(lán)色 - 因此干細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生不同的顏色。這樣，我們就能夠標(biāo)記出生的每個(gè)干細(xì)胞不同的顏色，然后通過(guò)發(fā)展跟蹤顏色，看看成年魚(yú)中有多少種顏色的干細(xì)胞。“

其他科學(xué)家開(kāi)發(fā)了基于遺傳“條形碼”的跟蹤系統(tǒng)。但這些需要解剖細(xì)胞，因此無(wú)法分析活的，循環(huán)的細(xì)胞群。

“因?yàn)槲覀兊南到y(tǒng)是基于顏色的，所以我們不必破壞細(xì)胞來(lái)分析它們的克隆性，”Zon Lab的博士候選人Henninger補(bǔ)充道。“相反，我們可以借助計(jì)算工具通過(guò)顏色隔離細(xì)胞，然后看看它們的擴(kuò)展涉及哪些遺傳因素。”

了解血液病，癌癥和骨髓移植

正常的血液系統(tǒng)傾向于具有多種克隆干細(xì)胞類(lèi)型 - 所有細(xì)胞在遺傳上相同但具有影響基因表達(dá)的不同表觀遺傳變化。能夠追蹤不同克隆人群的發(fā)展方式對(duì)醫(yī)學(xué)有很多影響。

例如，白血病和骨髓增生異常疾病(其中某些種類(lèi)的血細(xì)胞未被制造或未成熟)被認(rèn)為是由原始干細(xì)胞的克隆產(chǎn)生的，這種原始干細(xì)胞大量繁殖并開(kāi)始復(fù)制。

但到目前為止，這一點(diǎn)很難分析，因?yàn)闆](méi)有人知道我們開(kāi)始使用多少血液干細(xì)胞。根據(jù)斑馬魚(yú)數(shù)據(jù)，Henninger和Zon估計(jì)血液干細(xì)胞在形成時(shí)占所有血細(xì)胞祖細(xì)胞的20%。

這提供了一個(gè)探索的起點(diǎn)，例如，為什么以及如何隨著人們年齡的增長(zhǎng)，特定血液干細(xì)胞克隆可能開(kāi)始擴(kuò)大，白血病的風(fēng)險(xiǎn)，或癌癥化療有時(shí)如何轉(zhuǎn)化腫瘤細(xì)胞。

“在腫瘤內(nèi)，你可以獲得對(duì)化療具有抗性的細(xì)胞克隆，這就是殺死人的因素，”Zon解釋說(shuō)。“問(wèn)題是，'是什么讓克隆起飛并開(kāi)始表現(xiàn)得與其他不同?克隆多樣性如何受到監(jiān)管?'”

同樣，這些知識(shí)也可以幫助改善各種兒童和成人疾病的骨髓移植。“當(dāng)你進(jìn)行骨髓移植時(shí)，只有某些干細(xì)胞克隆需要，”Zon解釋說(shuō)。“這很重要，因?yàn)榛谟邢迶?shù)量的細(xì)胞，這些克隆正在推動(dòng)整個(gè)血液系統(tǒng)的發(fā)展。”

為了測(cè)試這一點(diǎn)，該團(tuán)隊(duì)照射了Zebrabow魚(yú)，破壞了他們的血細(xì)胞，然后觀察他們的血液系統(tǒng)恢復(fù)，使用他們的顏色編碼系統(tǒng)。“我們看到少數(shù)克隆占優(yōu)勢(shì)，”Zon說(shuō)。“這表明有一些'好' 細(xì)胞可以幫助人們恢復(fù)健康的血液系統(tǒng)。”

Zon和他的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在急于把人類(lèi)中發(fā)生突變的基因克隆到Zebrabow魚(yú)中，這些基因會(huì)導(dǎo)致白血病。Zon希望這些實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚪沂緝?yōu)勢(shì)克隆是如何擴(kuò)展的，最終會(huì)變成癌細(xì)胞。