科学探索|颅神经嵴细胞研究为正常头部发育及颅面出生缺陷提供新见解颅神经嵴细胞研究为正常头部

颅神经嵴细胞(CNCCs)这种干细胞不仅形成了从鱼到人类的所有脊椎动物的大部分头骨和面部骨骼，而且还能生成从鱼鳃到角膜的一切。为了了解这种多功能性，Gage Crump实验室的科学家们随着时间的推移创建了一系列图谱，以此来了解CNCCs在正处于发育阶段的条纹鱼中致力于形成特定组织的分子决定。

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他们的研究结果已发表在《Nature Communications》上，这可能会对正常的头部发育以及颅面出生缺陷提供新的见解。
“长期以来，CNCCs因其能产生难以置信的细胞类型多样性而令生物学家着迷，”南加州大学凯克医学院干细胞生物学和再生医学教授Gage Crump说道，“通过在遗传上具有可操作性的条纹鱼中研究这一过程，我们已经确定了许多使CNCCs形成这些非常不同的细胞类型的潜在开关。”
在博士后Peter Fabian和博士生Kuo-Chang Tseng、Mathi Thiruppathy和Claire Arata的带领下，该科学家团队使用了一种红色荧光蛋白永久标记CNCCs，这样就可以在条纹鱼的一生中对哪些细胞类型来自CNCCs展开追踪。然后，他们使用一种强大的方法--单细胞基因组学--来确定全套的活性基因和成千上万个单个CNCCs的DNA组织。由此产生的大量数据则需要科学家们开发一种新的计算工具来理解它。
Fabian表示：“我们创造了一种计算分析，我们称之为‘星座’，因为该技术的最终视觉输出让人联想到天空中的星星星座。跟占星术相比，我们的星座算法确实可以预测细胞的未来并揭示出可能控制其发展的关键基因。”
通过这种新的生物信息学方法，研究小组发现CNCCs在开始时并不具备制造巨大的细胞类型多样性所需的所有信息。相反，只有在它们分散到整个胚胎之后才开始重组它们的遗传物质，进而为成为特定组织做准备。“星座”准确地确定了指向CNCCs的这些特定命运的遗传标志。现实生活中的实验证实，“星座”正确地指出了“FOX ”基因家族在面部软骨形成中的作用以及“GATA”基因在允许鱼类呼吸的鳃呼吸细胞类型的形成中的一种以前未被重视的功能。
【科学探索|颅神经嵴细胞研究为正常头部发育及颅面出生缺陷提供新见解】Crump表示：“通过对脊椎动物细胞群进行迄今为止最全面的单细胞研究之一，我们不仅获得了对脊椎动物头部发育的重要见解而且还创造了一个广泛有用的计算工具，用于研究整个身体器官系统的发育和再生。”