매사추세츠 공과 대학 (Massachusetts Institute of Technology)과 하버드 대학교 (Harvard University)의 광범위한 연구소 (Broad Institute of Massachusetts Institute)의 면역 학자이자 유전 학자 인 니르 하코 헨 (Nir Hacohen)은 생물학에 문제가 있다는 것을 알고있었습니다. 그는 암 및 기타 질병에서 인간 면역 반응의 역할을 이해하고 싶었습니다. 그러나 그렇게하기 위해, 그는 먼저보다 근본적인 문제를 해결해야했습니다. 면역 세포 유형 자체의 정의는 불충분하고 불완전하고 구식처럼 보였습니다.
.한 세기 이상, 세포의 유형 사이의 구별은 현미경으로 나타나는 방식에 의존했습니다 :모양, 크기, 위치 및 염색 염료의 흡수. 그러나 최근 수십 년 동안 형광 표지 된 항체를 사용하여 세포 표면의 단백질 마커를 표적으로하는 분자 방법으로의 전환이 목격되었습니다. Hacohen에 따르면이 접근법이 연구자들이 더 많은 세포 유형을 분리 할 수 있었지만 충분하지 않았다. 2009 년까지 생물 학자들은 대량으로 만 세포를 분석 할 수 있으며, 이들 중 다수의 신호를 평균화하여 조직에서 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 그림을 얻을 수 있습니다. 개별 세포로부터 RNA를 시퀀싱 할 때, 초기 분석은 Hacohen이“바이어스”와“얕은”이라고 불렀다. 왜냐하면 세포의 분류에 사용 된 소수의 마커가 그들 사이의 차이의 뉘앙스에 너무 민감하지 않았기 때문이다. "이것은 실제로 세포의 복잡성을 포착합니까?" Hacohen이 말했다.
Science 에 발표 된 연구에서 지난 4 월, 그와 그의 팀은 예상 대로이 복잡성의 대부분이 가려 졌음을 보여주었습니다. 개별 인간 면역계 세포에서 유전자 발현 패턴을 분석하여 연구자들은 수지상 세포 및 단핵구로 알려진 유형의 정의를 개선하고 간과 된 새로운 유형을 확인했습니다. 더욱
Hacohen의 작업은 훨씬 더 큰 프로젝트의 한 구성 요소를 나타냅니다. 지난 10 월, Broad Institute의 Aviv Regev가 이끄는 국제 연구원과 Wellcome Trust Sanger Institute의 Sarah Teichmann이 이런 종류의 모델링을 전신에 적용하기 위해 인간 세포 아틀라스를 시작했습니다. 그것은 교과서에서 가장 자주 인용되는 200 가지 유형을 넘어 확장 될 것으로 예상되는 세포 유형뿐만 아니라 다른 조건에서 다른 유전자 및 후성 유전 학적 변화를 가진 개인의 특징을 카탈로그하는 것을 목표로합니다. 그 지식은 삶의 역동적 인 복잡성에 대한보다 포괄적 인 개요를 제공하기 때문에 중요합니다. 예를 들어 면역 세포 하위 유형은 감염이나 알레르기 또는자가 면역 질환이있는 사람에게 이동할 수 있습니다. 또는 인구 그룹에 따라 다를 수 있습니다.
Hacohen은“이것은 인간 게놈 프로젝트와 비교할 수 없다”고 말했다. “이것은 상당히 잘 알려진 문제였습니다. 여기서 문제는 훨씬 어렵고 어떤 의미에서는 많은 생물학을 포함합니다.”
.인간 세포 아틀라스는 분자 및 세포 생물학의 여러 프로젝트 중 하나 일뿐입니다. 우리 몸의 세포가 실제로 얼마나 다양하고, 수명이 얼마나 복잡한 지에 대한 더 깊은 통찰력을 얻기 위해 막대한 양의 데이터를 합성하려는 여러 가지 프로젝트 중 하나 일뿐입니다. 2003 년 스웨덴의 Kth Royal Institute of Technology의 연구원들은 개별 세포 내에서 단백질의 발현, 위치 및 공간 분포를 종합적으로 카탈로그하는 인간 단백질 아틀라스를 출시했습니다. 지난 몇 년 동안 프로젝트의 구성원은 다른 세포 유형에서 세포체 구조로 캡처 한 수백만 개의 이미지를 분류, 주석을 달고 분석 할 수있었습니다. 그 시점에 도달하기 위해, 그들은 먼저 10 년 동안 절차를 표준화, 최적화 및 스케일링해야했는데, 여기에는 표적 항체를 사용하여 단백질을 염색 한 다음 고해상도 현미경이있는 건강 및 암성 조직 세포 내부의 마커를 찾고 있습니다.
.2015 년 1 월,이 팀은 30 개 이상의 인간 조직에서 단백질 발현을 차트에 차트했습니다. 지난 5 월, 그들은 과학에 대한 사업의 두 번째 부분을 출판했습니다. 단일 세포 수준에주의를 기울인 그들은 12,000 개 이상의 단백질을 30 개의 세포 내 구조로 맵핑하여 수십 개 이상의 주요 소기관의 단백질 (완전한 발현 단백질 세트)을 정의했습니다. 연구자들은 어떤 단백질이 발견되었고, 세포에서 세포마다 단백질 발현의 변화를 탐구하고 세포가 자신의 화학 반응을 분리하는 방법을 분석했다.
.주요 연구자 인 Emma Lundberg에 따르면이 논문의 가장 두드러진 결과 중 하나는 단백질의 절반 정도가 세포의 여러 구획에서 발견 될 수 있다는 것입니다. Lundberg는“단백질이하는 모든 일은 환경의 맥락에서 구체적입니다. "하나의 단백질이 핵뿐만 아니라 혈장 막에 존재한다면, 그 구획에 다른 기능이있을 수 있습니다."
.특정 유방암에서 종종 과발현되는 수용체 단백질 인 HER2를 복용하십시오. 종양 세포막에서 발견 될 때, HER2는 세포질 또는 핵에있을 때보 다 더 나은 예후와 상관 관계가있다. Lundberg는“단일 단백질에 대한 점점 더 많은 연구가 실제로 일반적인 현상임을 보여줍니다. 그녀는“그러나 그것은 그것의 규모입니다.”라고 그녀는 덧붙였다.
그녀의 그룹이 관찰 한 단백질의 50 %가 세포의 한 부분 이상에서 발현되었다. 그 수치가 다기능 성이 얼마나 큰지를 나타내는 경우 Lundberg는“세포를 훨씬 더 복잡하고 프로테옴의 기능을 더 크게 만듭니다.”
.이 이질성은 단백질 기능의 기초에 대한 더 깊은 통찰력을 제공하지만 예를 들어 특정 약물이 원치 않는 부작용을 초래하는 이유를 설명 할 수도 있습니다.
가을에 자신의 작품을 출판하고자하는 또 다른 과학자들은 고유하게 발현 된 단백질 코딩 유전자의 본거지 인 고환의 세포 유형에서 단백질의 분포를 매핑하고 있습니다. 그렇게함으로써, 그들은 정자 형성 동안 발생하는 세포 하위 유형을 재 분류하고있다. 스웨덴 웁살라 대학교 (Uppsala University)의 세실리아 린드 스코그 베르그 스트 톰 (Cecilia Lindskog Bergström)은“이 세포들이 성숙 해지 기 전에 많은 일이 일어나고있다”고 말했다. "정자 발달의 특정 하위 단계에서 발현되는 단백질은 이러한 단백질의 기능에 대해 더 많이 알릴 것입니다."
세포 유형을 정의하는이 역동적 인 방법은 Hacohen이 그의 혈액 세포에 대한 그의 연구에서 더 많은 것을 확립하기 위해 노력한 것입니다. 5 월에보고 된 결과, 인간 단백질 아틀라스는 이러한 개선이 필요한 이유를 보여주기 시작했습니다. 팀은 단백질의 약 15 %가 단일 세포 변이를 나타내는 것을 관찰했다. 피상적으로 균일하게 보이는 조직에서, 일부 세포는 그들이 동일 할 것으로 예상 할 때 표현한 단백질의 양 또는 공간 분포에서 이웃과 다를 수있다. 인간 세포 아틀라스의 단일 세포 RNA 시퀀싱 접근법은 연구자들이 단백질 이외의 분자를 기반으로 세포 프로파일을 만들 수있게 해줄 것이다.
스위스의 엘코 폴리 테크 네크 프 레일 드 로산 (Ecole Polytechnique Fédérale De Lausanne)의 생물학적 시스템 엔지니어 인 Bart Deplancke는“과거에는 일반적으로 스무디를 보는 방식으로 조직이나 장기를 보았습니다. 전반적인 색상과 맛에 따라 스무디는 딸기와 바나나로 구성되어 있다고 가정 할 수 있습니다. 그러나 그것을 보는 방식은 핵심 성분을 놓치고 스무디의 모든 부분이 동일하게 보일 수 있습니다. Deplancke는 현대적인 기술로 스무디를보고“이 다른 과일 조각을 본다”고 말하는 것과 동등한 조직 분석을 할 수 있다고 말했다. 그리고 그들은 세포 유형의 전체 다양성이 어떻게 기능적 기관을 만드는지 알 수 있습니다. 마찬가지로, 그들은 암 및 기타 질병에 관련된 세포의 전체 스펙트럼이 예후 및 회복과 어떻게 관련이 있는지 배울 수 있습니다.
Deplancke는 플라이 셀 아틀라스를 조직하기 시작한 3 명의 연구원 중 한 명으로, drosophila 의 모든 세포 유형을 특성화하려고합니다. 과일 파리. 시애틀의 Allen Institute는 마우스 뇌에 대한 비슷한 이해를 위해 노력하고 있습니다. 두 사람 모두 인간 세포 아틀라스와 마찬가지로 인간 행동과 질병을 설명하기 위해 그들의 발견을 적용하기를 희망합니다. 궁극적으로, 이러한 다른 아틀라스에 의해 생성 된 방대한 데이터 세트를 통합하면 모든 사람의 가장 큰 도전이 될 수 있습니다. 그러나 연구원들은 새로운 종류의지도 제작의 우산 아래에서 구조적, 게놈 및 후성 유전 학적 접근법을 결합한 가장 보람이 될 것입니다.
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