Nach 13 schnelle Teilungen einer befruchteten Fliegen-ei besteht aus etwa 6.000 Zellen. Sie alle gleich Aussehen unter dem Mikroskop. Jedoch, wird jede Zelle von einer Drosophila melanogaster embryo bereits weiß dann, ob es sich bestimmt, zu einem neuron oder einer Muskelzelle — oder ein Teil des Darm, der Kopf oder der Schwanz. Jetzt, Nikolaus Rajewsky und Robert Zinzen-teams am Berliner Institut für Medizinische Systembiologie (BIMSB) des Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC) haben analysiert, die einzigartige gen-Ausdruck-profile von tausenden von einzelnen Zellen, und wieder den embryo aus diesen Daten mit einem neuen spatial-mapping-Algorithmus. Das Ergebnis ist eine virtuelle fliege embryo zeigt genau, welche Gene aktiv sind, wo an diesem Punkt in der Zeit. „Es ist im Grunde ein transkriptomischen Blaupause der frühen Entwicklung“, sagt Robert Zinzen, Leiter der Systembiologie Neuronale Gewebe Differenzierung Lab. Ihre Zeitung erscheint als Erste Veröffentlichung in der online-Ausgabe von Science.

„Erst vor kurzem wurde es möglich zu analysieren, Genom-weite Genexpression einzelner Zellen auf einem großen Maßstab. Nikolaus erkannte das Potenzial dieser Technologie sehr früh auf und etablierte es in seinem Labor,“ sagt Zinzen. „Er begann sich zu Fragen, ob — angesichts eines komplexen organisiert Gewebe — man wäre in der Lage zu berechnen, Genom-weiten räumlichen gen-Expressionsmuster von einzelzell-Transkriptom-Daten allein.“ BIMSB kombiniert Labors mit unterschiedlichen Hintergründen und know-how, betonte die Notwendigkeit der bringt Rechenleistung auf biologische Probleme. Es stellt sich heraus das Institut hatte nicht nur die perfekte model-system-Drosophila-Embryos-zu-Adresse Rajewskys Frage, aber auch die richtigen Leute mit dem richtigen know-how, von der Physik und Mathematik, Biochemie und Entwicklungsbiologie.

„Der virtuelle embryo ist viel mehr als nur eine Zelle mapping-übung“, sagt Nikolaus Rajewsky, Leiter der Systembiologie von Gen-Regulatorischen Elementen Lab,, die genossen der Rückkehr zum Fliegen-Entwicklung 15 Jahre nach dem Studium der gen-regulatorischen Elementen in Drosophilaembryos während seiner post-doc Zeit an der Rockefeller University. Mit dem interaktiven Drosophila Virtuellen Ausdruck eXplorer (DVEX) Datenbank, können die Forscher nun einen Blick auf jede der rund 8.000 exprimierten Gene in jeder Zelle und fragt, „Gen-X, wo sind Sie ausgedrückt und auf welcher Ebene? Welche anderen Gene sind gleichzeitig aktiv und in den gleichen Zellen?“ Es funktioniert auch mit dem rätselhaften lange, nicht-kodierende RNAs. „Statt zeitraubend imaging-Experimente können Wissenschaftler virtuelle diejenigen zu identifizieren, die durch neue regulatorische Spieler und sogar Ideen für biologischen Mechanismen“, sagt Rajewsky. „Was normalerweise Jahre dauern, mit standard-Ansätze jetzt in ein paar Stunden.“

Brechen die Synchronizität der ersten Zellteilungen

In Ihrem Papier, die MDC-Forscher beschreiben ein Dutzend neue Transkription Faktoren und viele mehr lange, nicht-kodierende RNAs, die haben nie studiert worden zuvor. Auch schlagen Sie eine Antwort auf eine Frage, die hat verblüfft Wissenschaftler seit 35 Jahren: Wie wird der embryo Pause synchronicity von Zellteilungen zu entwickeln komplexer Strukturen?

In einem Prozess, der als gastrulation, verschiedene Keim-Schichten bilden und Zellen eingeschränkt werden, die mit Bezug auf die Gewebe und Organe können Sie unterscheiden in. „Wir glauben, dass der Hippo-Signalweg ist zumindest teilweise verantwortlich für die Einrichtung der gastrulation“, sagt Rajewsky. Der Weg steuert organ Größe, Zell-Zyklen und der Zellproliferation, hatte aber nie verwickelt in die Entwicklung des frühen Embryos. „Wir zeigten nicht nur, dass Hippo sich aktiv am Fliegen, aber wir konnten sogar Vorhersagen, in welchen Regionen der embryo diese würde führen zu einem unterschiedlichen Beginn der Mitose und brechen daher die Synchronität. Und das ist nur ein Beispiel dafür, wie nützlich unser Instrument ist, zu verstehen, die Mechanismen, die entkommen traditionellen Wissenschaft.“

Die Rekonstruktion von Leben an seinem Anfang, Zelle für Zelle

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