一種在遷移胚胎神經(jīng)前體細(xì)胞中產(chǎn)生熒光標(biāo)簽的新型斑馬魚可以幫助萊斯大學(xué)的神經(jīng)生物學(xué)家和癌癥研究人員找到美國(guó)第三大常見兒科癌癥的起源。

Rosa Uribe于2017年被來(lái)自德克薩斯州癌癥預(yù)防與研究所的CPRIT學(xué)者資助招募到Rice，與伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校和加州理工學(xué)院的同事一起創(chuàng)建了這種轉(zhuǎn)基因魚，并合著了一篇新論文。關(guān)于他們這個(gè)月在Genesis雜志上。

斑馬魚系產(chǎn)生熒光標(biāo)簽，根據(jù)神經(jīng)嵴細(xì)胞中活躍的SOX10基因的行為，以不同的顏色發(fā)出明亮的熒光標(biāo)簽，瞬時(shí)胚胎干細(xì)胞在體內(nèi)產(chǎn)生許多細(xì)胞類型，包括神經(jīng)元和軟骨。

“你可以看到他們已經(jīng)開始以這種方式遷移，其中很多正在轉(zhuǎn)變，”Uribe在她的辦公室里說(shuō)，她在她的計(jì)算機(jī)上播放的延時(shí)電影追蹤綠色神經(jīng)嵴細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)。在人類中，神經(jīng)嵴細(xì)胞是神經(jīng)母細(xì)胞瘤的起源點(diǎn)，神經(jīng)母細(xì)胞瘤是一種常見的兒科癌癥，而Uribe希望新的魚可以提供這種疾病的線索。

“你可以看到很多人正在過(guò)渡，”她談到屏幕上的細(xì)胞。“他們中的一些人正在那里，那里，那里。然后他們關(guān)掉了果嶺，這意味著他們已經(jīng)分開了。”

為什么細(xì)胞停止分裂是她希望回答的關(guān)鍵問(wèn)題之一。SOX10是20多種SOX蛋白中的一種，它們都能在快速生長(zhǎng)的胚胎中調(diào)節(jié)快速細(xì)胞分裂。在癌細(xì)胞中也經(jīng)常發(fā)現(xiàn)相同的SOX蛋白。她說(shuō)，在神經(jīng)嵴細(xì)胞中找到SOX10的“關(guān)閉”開關(guān)可能會(huì)導(dǎo)致治療SOX蛋白發(fā)揮作用的癌癥。

Uribe在舊金山州立大學(xué)獲得細(xì)胞和分子生物學(xué)學(xué)士學(xué)位，在德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校獲得博士學(xué)位。她在加州理工學(xué)院獲得博士后獎(jiǎng)學(xué)金后加入賴斯，在那里她開始研究腸神經(jīng)系統(tǒng) - 她的實(shí)驗(yàn)室的另一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域 - 從神經(jīng)嵴細(xì)胞形成。

“神經(jīng)嵴細(xì)胞是從我們中樞神經(jīng)系統(tǒng)的最早部分即神經(jīng)管形成的干細(xì)胞，”生物科學(xué)助理教授Uribe說(shuō)。“除了一堆其他非常重要的基因外，他們還表達(dá)了SOX10。”

為了在胚胎發(fā)育過(guò)程中觀察神經(jīng)嵴細(xì)胞，Uribe的團(tuán)隊(duì)在一個(gè)擁有數(shù)百個(gè)坦克的最先進(jìn)的魚室里飼養(yǎng)種畜。胚胎 - 用于新的記者系列和十幾個(gè)其他人 - 每天用手從罐中取出并帶到實(shí)驗(yàn)室觀察。

由于幾個(gè)原因，斑馬魚被用于研究。首先，魚類中的SOX和許多其他基因幾乎與在人類中起相同基本作用的基因相同。其次，生物學(xué)家積累了大量關(guān)于斑馬魚的知識(shí)，斑馬魚幾十年來(lái)一直被研究作為模式生物。最后，斑馬魚繁殖和快速發(fā)展 - 每天都可以在烏里韋實(shí)驗(yàn)室研究一批新的胚胎 - 魚是透明的，這意味著研究人員可以觀察它們活著時(shí)在其中發(fā)生的事情。

使用各種方法和顯微鏡，Uribe和她的學(xué)生固定活胚胎并拍照以追蹤他們?cè)趲讉€(gè)小時(shí)內(nèi)的發(fā)育。例如，追蹤并觀察受精后約12小時(shí)首次出現(xiàn)在斑馬魚胚胎中的神經(jīng)嵴細(xì)胞長(zhǎng)達(dá)4小時(shí)。

“神經(jīng)嵴細(xì)胞也會(huì)做一些與癌癥相關(guān)的事情，”Uribe說(shuō)。“它們?cè)谛纬珊蟛痪镁蜁?huì)經(jīng)歷稱為上皮 - 間質(zhì)轉(zhuǎn)化或EMT的事物，這就是它們能夠脫離并遷移到胚胎各個(gè)部位的原因。”

EMT對(duì)于胚胎發(fā)育很重要，因?yàn)樗试S細(xì)胞沿其發(fā)育路徑向后恢復(fù)并變得更像莖。這種延展性允許胚胎細(xì)胞形成新組織，但研究人員發(fā)現(xiàn)許多轉(zhuǎn)移性癌癥使用相同的遺傳電路。

轉(zhuǎn)移，或癌癥擴(kuò)散到身體的其他部位，導(dǎo)致超過(guò)90%的癌癥死亡。EMT是許多癌細(xì)胞用來(lái)脫離并轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)移的開關(guān)。

能夠從形成神經(jīng)嵴細(xì)胞到完成遷移的瞬間觀察神經(jīng)嵴細(xì)胞是理解它們的關(guān)鍵。Uribe的團(tuán)隊(duì)將使用新的細(xì)胞系，以及其他具有不同報(bào)告基因的不同顏色標(biāo)簽的細(xì)胞系。他們還將混合和匹配新的斑馬魚菌株中的基因，以測(cè)試當(dāng)細(xì)胞產(chǎn)生過(guò)多特定蛋白質(zhì)或過(guò)少時(shí)會(huì)發(fā)生什么。Uribe的實(shí)驗(yàn)室將使用各種技術(shù)，包括CRISPR-Cas9。

能夠收集各種彩色發(fā)光細(xì)胞的延時(shí)圖像的顯微鏡也很關(guān)鍵，Uribe的實(shí)驗(yàn)室有七個(gè)。這些包括最先進(jìn)的機(jī)器人儀器，帶有微型軟管和泵，可以從編號(hào)的測(cè)試室通過(guò)軟管將單個(gè)胚胎抽出，將其運(yùn)送到顯微鏡焦平面，將其聚焦，旋轉(zhuǎn)照片從任何角度然后返回并重復(fù)多達(dá)95個(gè)胚胎的過(guò)程。

“對(duì)于遷移延時(shí)圖像，軟件可以跟蹤單個(gè)細(xì)胞數(shù)小時(shí)，”Uribe說(shuō)。“我們可以獲得角度和軌跡，一個(gè)細(xì)胞或一組細(xì)胞采集的路線圖，我們可以得到定量數(shù)據(jù)，如速度和增殖率。”

Uribe表示，CPRIT資金對(duì)于購(gòu)買實(shí)驗(yàn)室設(shè)備至關(guān)重要，而實(shí)驗(yàn)室設(shè)備將用于追蹤神經(jīng)嵴細(xì)胞中神經(jīng)母細(xì)胞瘤的起源。

“我們對(duì)神經(jīng)母細(xì)胞瘤的研究只能在CPRIT的支持下進(jìn)行，”她說(shuō)。