رسم خرائط المصير

يستخدم علماء الأحياء التنموية رسم خرائط المصير كأداة لتتبع سلالات الخلايا أثناء نضوج الكائن الحي. يتم ذلك عن طريق وضع العلامات على الخلايا في مرحلة جنينية ثم تتبعها وذريتها طوال تطور الكائن الحي. يستخدم رسم خرائط المصير أيضا لدراسة هجرة الخلايا وتمايزها أثناء التطور ، وكذلك التجديد والإصلاح أثناء مرحلة البلوغ.

سيقدم هذا الفيديو نظرة عامة على رسم خرائط المصير ، ويشرح البروتوكول المستخدم لإنشاء خريطة مصير في أسماك الزرد ، ويوضح بعض الطرق التي يتم بها تطبيق هذه التقنية حاليا في المختبرات.

قبل القفز إلى التفاصيل الإجرائية ، دعنا نناقش ماهية خريطة المصير وكيف يتم إنشاؤها.

في تجارب رسم خرائط المصير الكلاسيكية ، قام العلماء بتلطيخ مجموعات من الخلايا في جنين مبكر ، مثل تلك الموجودة في مرحلة المعدة ، بصبغة تنتقل إلى جميع أحفاد هذه الخلايا. بعد السماح للجنين بالتطور لفترة زمنية معينة ، شاهدوا الخلايا الملطخة في الكائن الحي الأكثر نضجا. ثم لوحظ موقع الخلايا الملطخة في الكائن الحي الناضج. سمحت النتائج المجمعة للعديد من التجارب المماثلة ببناء رسم تخطيطي يعرف باسم خريطة المصير.

لذلك ، فإن خريطة المصير هي خطة شاملة تحدد مصير كل جزء من الجنين المبكر. تساعد هذه الخرائط العلماء على تحديد أشياء مثل الخلايا الجنينية التي تتمايز إلى الخلايا البالغة الوظيفية ، وكيف تهاجر وتنظم في هياكل ناضجة.

استخدم العلماء العديد من الكائنات الحية النموذجية لإنشاء خرائط مصير ، بما في ذلك الضفادع والديدان الخيطية والأسماك والكتاكيت والفئران. تتمتع بعض الكائنات الحية النموذجية ، مثل سمك الزرد Danio rerio ، بميزة إضافية في هذا النوع من التجارب. نظرا لأنها صغيرة وتظل شفافة في معظم عملية التطور ، يمكن للعلماء تتبع الخلايا بسهولة من خلال عرض الأسماك تحت المجهر الضوئي. الأهم من ذلك ، أن التقدم في تقنيات وضع العلامات على الخلايا يسمح الآن للعلماء بتمييز الخلايا المفردة بدقة وتتبعها أثناء تطور الكائن الحي ، مما يساعد في إنشاء خريطة مصير مفصلة للغاية.

الآن بعد أن أصبحت لديك فكرة عن ماهية خرائط المصير ، دعنا نناقش بروتوكولا لرسم خرائط المصير في أسماك الزرد يستخدم التنشيط الضوئي. يعتمد هذا النهج الجديد نسبيا على البروتينات القابلة للتنشيط الضوئي. هذه بروتينات فلورية خاصة ، وهي "محبوسة" ، مما يعني أنها محفوظة في شكل معين لمنع التألق. يؤدي تطبيق نبضة الليزر الخاضعة للرتحكم إلى حدوث تغيير توافقي ، يشار إليه باسم "إلغاء التأرجح" ، مما يؤدي إلى تألق مرئي.

من أجل إجراء هذه التجربة ، يتم تصنيع هذه البروتينات المتخصصة في الأقفاص أولا ثم حقنها في أجنة من مرحلة خلية أو خليتين. بعد ذلك ، يسمح للأجنة بالنضوج إلى مرحلة النمو المرغوبة قبل التنشيط الضوئي.

بعد ذلك ، لتحضير الأسماك للتنشيط الضوئي ، يتم تفكيك الأجنة لتسهيل الوصول إلى الأنسجة المستهدفة. بعد ذلك ، يتم تركيبها في وسط واضح بصريا ، مثل درجة حرارة الانصهار المنخفضة ، والتي تحافظ عليها بأمان في وضع ثابت. تتم محاذاة العينات لكشف منطقة الاهتمام ، ويتم تركيبها على مجهر مجهز بالليزر. يتم تطبيق نبضة ليزر على المنطقة المستهدفة التي تحتوي على خلايا ذات أهمية ، مما يؤدي إلى التنشيط الضوئي.

بعد العلاج بالليزر ، تتم إزالة الأجنة بعناية من الاغاروز وإعادتها إلى بيئتها الطبيعية حتى الوصول إلى مرحلة النمو المرغوبة. من أجل تتبع الخلايا المنشطة ضوئيا ، يتم تضمين الأجنة مرة أخرى في الاغاروز بدرجة حرارة انصهار منخفضة ، ويمكن بعد ذلك تصور الخلايا المنشطة ضوئيا وتتبعها باستخدام التألق المباشر أو التلوين المناعي.

الآن بعد أن أصبح لديك فهم شامل لبروتوكول رسم خرائط المصير ، دعنا نلقي نظرة على بعض التجارب المعملية التي تستفيد من هذا الإجراء.

بالإضافة إلى دراسة التطور الجنيني ، يمكن استخدام رسم خرائط المصير لفحص الإصلاح في الأنظمة الناضجة. في هذه التجربة ، تم استئصال نوع فرعي معين من خلية من شبكية الزرد المعدلة وراثيا. ثم تتبع العلماء الخلايا الجذعية البالغة المقيمة المصنفة وراثيا لتحديد مصيرها بعد الإصابة. أخيرا ، تم إجراء تحليل الصور ، والذي أظهر تنشيط الخلايا الجذعية البالغة وإصلاح الأنسجة اللاحق.

يستخدم العلماء أيضا بروتوكولات مماثلة لفهم مصير الخلايا الجذعية المزروعة. هنا ، تم زرع الخلايا الجذعية الجنينية البشرية ذات العلامات الوراثية ، أو hESCs ، في نموذج فأر يعاني من نقص المناعة. سمح للخلايا المزروعة بالتمايز لمدة 8-12 أسبوعا ، وبعد ذلك تم حصاد الورم المسخي الناتج ، وهو ورم يحتوي على أنسجة من طبقات جرثومية متعددة ، وإصلاحه وصبغه المناعي لتحديد مصير الخلايا الجذعية المزروعة. يساعد هذا النوع من التجارب العلماء على تأكيد في الجسم الحي القدرة التفاضلية للخلايا الجذعية المستنبتة.

كما ذكرنا سابقا ، يقوم العلماء بإجراء إجراءات رسم خرائط المصير في كائنات نموذجية مختلفة ، بما في ذلك الثدييات. في هذه الدراسة بالذات ، قام العلماء بتمييز الخلايا في منطقة معينة من جنين الفأر المبكر باستخدام مناهج وراثية محفزة. يتم ذلك عن طريق إعطاء عامل محفز للفأر الحامل الذي يحمل ذرية معدلة وراثيا. تم تتبع الخلايا المسماة خلال مراحل النمو اللاحقة ، مما ساعد العلماء على تحديد مصيرها النهائي.

لقد شاهدت للتو فيديو JoVE حول رسم خرائط المصير. قدم هذا الفيديو بعض الأفكار حول إنشاء خرائط المصير ، واستعرض بروتوكولا محددا لرسم خرائط المصير ، وناقش بعض التعديلات والتطبيقات لهذه التقنية المفيدة للغاية. كما هو الحال دائما ، شكرا على المشاهدة!