如何定义细胞类型?
第一行:STEVE GSCHMEISSNER/SPL。
第二行:左边-THOMAS DEERINCK, NCMIR/SPL;中间和右边-STEVE GSCHMEISSNER/SPL.。
第三行:左边-STEVE GSCHMEISSNER/SPL;中间-ALAIN POL, ISM/SPL;右边-MEDIMAGE/SPL。
虽然科学家们比以往任何时候都更了解细胞的差异,但他们仍然抵制简单的分组。
2013年,基因组生物学家Jason Buenrostro清楚地认识到细胞类型的问题。他正在研究一种来源于癌症患者的细胞系,试图找出DNA在细胞核中的排列方式。他认为,这些细胞应该几乎完全相同。
据当时还在加州斯坦福大学(Stanford University)做研究生的Buenrostro回忆,随着对DNA的了解加深,他逐渐发现DNA的包装方式有很多种,甚至有数百种类型。
这项研究和其它研究促使他得出结论:“每个细胞都是一片特殊的‘雪花’”。这一结论使得他研究一些癌细胞如何对药物产生抗药性的工作变得复杂起来。对于目前在马萨诸塞州剑桥哈佛大学(Harvard University)的Buenrostro来说,这意味着“所有这些‘雪花’实际上都很重要”。
尽管它们具有个体性,但将相似的细胞归为一组是有实际原因的。中国科学院北京基因组研究所的生物信息学家张章提醒,定义细胞类型对于理解新的生物现象、阐明潜在机制和确定治疗靶点至关重要。
目前,构建细胞巨型图谱的项目正在产生大量数据和对疾病的各种洞察。自2010年代中期以来,科学家在细胞分类上严重依赖单细胞RNA测序。这是一种识别每个细胞基因活性的技术,用于将具有相似特征的细胞分组。2016年启动的跨国合作项目“人类细胞图谱”(Human Cell Atlas)已经分析了来自11000多人的9000多万个细胞,正在努力建立18个不同的图谱,并发表了440多项研究。
但在这一进展的背后,隐藏着一个看似简单的问题:究竟该如何定义细胞类型?
华盛顿州西雅图艾伦脑科学研究所(Allen Institute for Brain Science)所长、神经科学家Hongkui Zeng表示,细胞类型是一组彼此相似但与其他细胞组不同的细胞。但即使是这样的定义也留下了很大的解释空间:如何定义相似?在哪些方面不同?