Ненаследуемые особенности строения мозга определили поведение дрозофил

Индивидуальность в поведении мух не зависит от генетических особенностей. Отличия обусловлены межполушарной асимметрией проекций нейронов, связи которых распределяются случайным образом в процессе созревания клеток. Статья опубликована в журнале Science.

Нет двух одинаковых организмов, даже если они генетически идентичны, ведь на развитие всегда влияет множество стохастических факторов. Естественно, индивидуальная изменчивость касается и мозга, различается его вес, размер, анатомические особенности и даже морфология отдельных нейронов. Индивидуально и врожденное поведение, однако не ясно, что именно лежит в основе этой изменчивости: способность нейронных сетей функционировать пластично или же случайные различия в их анатомии, которые возникают в процессе развития организма.

Изучать особенности мозга отдельной особи на клеточном уровне удобно на беспозвоночных, ведь у них легко наблюдать за отдельными нейронами. Один из популярных модельный объектов у биологов — мухи Drosophila — подходит и для исследования корреляций особенностей анатомии нервной системы с поведением. Мозг этих насекомых содержит всего 100 тысяч нейронов и хорошо изучен. 

В области мозга дрозофил, которая отвечает за обработку зрительной информации, есть скопление нервных клеток (дорсальный кластер), проекции которых значительно вариабельны между особями и даже между двумя полушариями одной и той же мухи. Аксоны этих нейронов идут в один из двух отделов зрительной системы: медуллу или лобулу. То, куда именно направит свою проекцию каждый отдельно взятый нейрон, обусловлено случайными событиями в процессе его развития.

Группа ученых из Бельгии, Германии и Франции под руководством Герита Линневебера (Gerit Linneweber) из Университета Сорбонна исследовала связь между индивидуальными особенностями связей в мозге дрозофил и поведением. Для этого использовали парадигму Буридана, которая позволяет определить реакцию насекомых на зрительные стимулы. Мух помещали на белое равномерно освещенное поле; на стенках арены напротив друг друга были расположены две вертикальные черные полосы. Насекомые не могли дойти до этих полос, и перемещались между ними. В таких условиях мухи обычно ходят вперед и назад от одного контрастного объекта к другому, но некоторые дрозофилы обследуют всю арену равномерно. Таким образом, поведение насекомых в этой парадигме очень индивидуально. Для того, чтобы оценить это количественно, авторы работы использовали среднее отклонение траектории мух от прямой линии между двумя полосками.

Чтобы проверить, зависит ли поведение дрозофил в этой парадигме от наследственности, ученые сравнили особей из 10 разных линий, внутри которых геном мух практически не отличается. Затем исследователи скрестили пару дрозофил, которые перемещались по самой широкой траектории, и насекомых, отклонение которых от центральной линии было минимально, и сравнили реакции их потомков. Ученые также проверили, меняется ли поведение дрозофил со временем, для чего их тестировали каждый день в течение четырех недель.

Индивидуальные особенности поведения мух не зависели от генетической линии и не наследовались, зато были устойчивы в течение месяца наблюдений.

У 103 мух исследовали нейроны дорсального кластера и определили, куда уходят аксоны каждого из них. Всего в этой области насчитали от 22 до 68 нейронов, и 11-55 из них направляли свои аксоны в лобулу, а 6-23 — в медуллу. Кроме того, существует межполушарная ассиметрия проекций этих клеток у каждого из насекомых.

Когда дорсальный кластер инактивировали, отклонение траектории дрозофил от линии, которая соединяла вертикальные полосы,  увеличивалось. Если эта область мозга работала нормально, ученые наблюдали корреляцию между поведением насекомых и межполушарной ассиметрией: особи, у которых число нейронов, аксоны которых идут в медуллу, было близким для двух половин мозга, перемещались по всему полю. А дрозофилы с ассиметричными проекциями отклонялись от центральной линии значительно меньше. При ингибировании дорсального кластера поведение насекомых не зависело от степени межполушарной ассиметрии.

Функциональные связи нейронов лежат в основе работы мозга, поэтому их изучение необходимо для понимания связи морфологии с поведением. В 2016 году ученые из Японии смоделировали полный коннектом (карту связей) дрозофилы, а годом позже машинное обучение помогло создать функциональный атлас мозга этих насекомых.

Алиса Бахарева

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Генетика пола – онлайн-тренажер для подготовки к ЕНТ, итоговой аттестации и ВОУД

Запомнить

Восстановить пароль

Регистрация

Конспект

Хромосомное определение пола

У многих видов соотношение между особями мужского и женского пола всегда примерно равно, т. е. расщепление по признаку пола происходит в отношении 1:1.

У плодовой мушки дрозофилы, на которой проведено множество генетических исследований, пол определяется следующим образом. В соматических клетках дрозофилы четыре пары хромосом. В число их входят три пары аутосом, т. е. хромосом, одинаковых у самца и самки, и одна пара хромосом, различных у особей мужского и женского пола. Эти хромосомы отвечают за определение пола и поэтому были названы половыми хромосомами.

В клетках самок мух дрозофил имеются две одинаковые половые хромосомы, которые условно обозначают как Х-хромосомы. Следовательно, в диплоидных соматических клетках самки набор половых хромосом – XX. У самцов половые хромосомы отличаются от половых хромосом самок. В соматических клетках самца мухи дрозофилы имеется одна Х-хромосома и одна У-хромосома. Поэтому набор половых хромосом самца обозначается как ХУ. Следовательно, яйцеклетки женских организмов все одинаковы по хромосомному набору, так как в каждой из них имеется по одному набору аутосом и одна Х-хромосома. Все сперматозоиды также имеют по одному набору аутосом и одну половую хромосому, но половина сперматозоидов имеет

Х-хромосому, а другая половина – У-хромосому. Х-хромосома и У-хромосома резко различаются по строению. Различаются они и по набору генов, который в них содержится. Поскольку гаметы с X— и У-хромосомой в результате мейоза образуются у самцов в равных количествах, то ожидаемое отношение полов составляет 1:1, что и совпадает с фактически наблюдаемым. Сходный способ определения полов присущ многим животным, всем млекопитающим, в том числе и человеку. У некоторых животных и у растений пол особи определяется другими способами.

Наследование, сцепленное с полом, – это наследование генами, расположенными в половых хромосомах. Эту закономерность открыл Т. Морган, исследуя наследование цвета глаз у дрозофилы. Он скрестил красноглазую самку с белоглазым самцом и белоглазую самку с красноглазым самцом. Красный цвет глаз дрозофилы является доминирующим.

В первом случае гибриды первого поколения оказались красноглазыми. При скрещивании гибридов первого поколения между собой во втором поколении все самки получились красноглазыми, а половина самцов – красноглазыми, и половина – белоглазыми.

Во втором случае уже в первом поколении все самки оказались красноглазыми, а самцы – белоглазыми. Это значит, что признак красного цвета глаз расположены в половых хромосомах. Таким образом некоторые признаки организмов определяются генами, расположенные в половых хромосомах.

У человека также известны признаки, сцепленные с полом. К ним относится, например, очень тяжелое наследственное заболевание гемофилия, при котором кровь теряет способность свертываться. У гемофиликов даже небольшие царапины и ссадины вызывают тяжелые кровотечения. Это заболевание встречается, за редчайшими исключениями, только у мужчин. Было установлено, что гемофилия обусловлена рецессивным геном, расположенным в Х-хромосоме, поэтому гетерозиготные по данному гену женщины обладают обычной свертываемостью крови. Рассмотрим, какое потомство может появиться у гетерозиготной женщины, вступающей в брак с нормальным по этому признаку мужчиной.

Ген, обусловливающий нормальную свертываемость крови, обозначим Н, а ген, при котором кровь теряет способность свертываться, – h. Учитывая, что в генотипе женщины присутствуют две Х-хромосомы, а у мужчины – одна

Х-хромосома и одна У-хромосома, запишем схему наследования гемофилии:

Женщина передает половине своих сыновей Х-хромосому с геном нормальной свертываемости крови, а половине – Х-хромосому с геном гемофилии. Среди всех сыновей могут быть и здоровые и гемофилики.

В силу равновероятного расхождения хромосом при формировании гамет и их встречи в зиготе следует ожидать, что в потомстве большого числа браков, подобных только что рассмотренному, у половины сыновей разовьется гемофилия. В то же время все дочери в любом случае получают Х-хромосому от своего отца с геном XH, поэтому у них всегда нормальная свертываемость крови, но половина дочерей будет гетерозиготными носительницами этого заболевания.

Ген, вызывающий дальтонизм (неспособность различать красный и зеленый цвет), также сцеплен с Х-хромосомой.

Вопросы

  1. Аутосомы – это

  2. Наследственные болезни человека связаны с половой хромосомой организма

  3. Хромосомы, по которым особи разного пола отличаются друг от друга, называются

  4. Признаки, сцепленные с полом, – это

  5. Признак дальтонизма (цветовая слепота) d сцеплен с Х-хромосомой. Отец и сын дальтоники, мать здорова. Каков генотип матери, и мог ли сын унаследовать признак от отца?

  6. Если признак передается от матери всем сыновьям, а от отца всем до­черям, то такое наследование называется

  7. В результате слияния яйцеклетки и сперматозоида образуется клетка, содержащая

  8. Пол, имеющий две Х-хромосомы, называют

  9. Ген, вызывающий развитие гемофилии, локализован

  10. Ген, вызывающий развитие гипертрихоза (оволосение ушной раковины) у человека, локализован

  11. Причина болезни Клайнфельтера

  12. Возможные группы крови у детей, если у матери II, а у отца I группа крови

  13. Определите генотип потомства гетерозиготной матери со II группой крови и отца с IV группой крови.

  14. Совокупность наследственного материала, заключенного в клетке организма, называется

  15. Наследственные заболевания, связанные с полом

  16. Определите потомство от брака между женщиной, гетерозиготной носительницей гемофилии, и здоровым мужчиной. Признак сцеплен с полом, рецессивен.

Сообщить об ошибке

Клеточные линии — PMC

1. Echalier G. Клетки дрозофилы в культуре. Сан-Диего: Академическая пресса; 1997. с. 702. [Google Scholar]

2. Lee H, McManus J, Cho D-Y, Eaton M, Renda F, et al. Эволюция количества копий ДНК в клеточных линиях Drosophila modENCODE. Геномная биология. 2014 в печати. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

3. Чербас Л., Чербас П. Нацеливание на «парагомологичный» ген в клетках дрозофилы : эффективный гомологически-зависимый путь нелегитимной рекомбинации вблизи целевого сайта. Генетика. 1997;145:349–358. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

4. Hu X, Cherbas L, Cherbas P. Активация транскрипции рецептором экдизона (EcR/USP): идентификация функций активации. Молекулярная эндокринология. 2003; 17: 716–731. [PubMed] [Google Scholar]

5. Чербас Л., Ху Х., Жимулев И., Беляева Е., Чербас П. Изоформы EcR у дрозофилы : тестирование потребности в выделении тканей путем целенаправленной блокады и спасения. Разработка. 2003; 130: 271–284. [PubMed] [Академия Google]

6. Браун Х.Л., Чербас Л., Чербас П., Трумэн Дж.В. Использование покадровой визуализации и доминантно-негативных рецепторов для анализа контроля ремоделирования нейронов стероидными рецепторами у дрозофилы. Разработка. 2006; 133: 275–285. [PubMed] [Google Scholar]

7. Mitchell N, Cranna N, Richardson H, Quinn L. Индуцируемый экдизоном фактор транскрипции цинковых пальцев Col регулирует транскрипцию Wg и прогрессирование клеточного цикла у дрозофилы. Разработка. 2008; 135:2707–2716. [PubMed] [Академия Google]

8. Cakouros D, Mills K, Denton D, Paterson A, Daish T, et al. dLKR/SDH регулирует опосредованное гормонами метилирование гистонов аргинина и транскрипцию генов гибели клеток. Джей Селл Биол. 2008; 182: 481–495. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

9. Синенко С.А., Хунг Т., Мороз Т., Тран К.М., Сидху С. и соавт. Генетические манипуляции с AML1-ETO-индуцированной экспансией гемопоэтических предшественников в модели дрозофилы. Кровь. 2010; 116:4612–4620. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

10. Лю З., Чен И., Ван Д., Ван С., Чжан Ю.К. Отчетливые пресинаптические и постсинаптические процессы демонтажа нервно-мышечных соединений дрозофилы во время метаморфоза. Дж. Нейроски. 2010;30:11624–11634. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

11. Fehon RG, Kooh PJ, Rebay I, Regan CL, Xu T, et al. Молекулярные взаимодействия между белковыми продуктами нейрогенных локусов Notch и Delta, двух EGF-гомологичных генов у дрозофилы. Клетка. 1990; 61: 523–534. [PubMed] [Академия Google]

12. Клюг К.М., Мускавич М.А. Взаимодействия лиганд-рецептор и трансэндоцитоз Delta, Serrate и Notch: члены сигнального пути Notch у дрозофилы. Дж. Клеточные науки. 1999; 112 (часть 19): 3289–3297. [PubMed] [Google Scholar]

13. Kooh PJ, Fehon RG, Muskavitch MA. Значение динамических паттернов экспрессии Delta и Notch для клеточных взаимодействий во время развития дрозофилы. Разработка. 1993; 117: 493–507. [PubMed] [Google Scholar]

14. Rebay I, Fleming RJ, Fehon RG, Cherbas L, Cherbas P, et al. Специфические повторы EGF опосредуют взаимодействия Notch с Delta и Serrate: последствия для Notch как многофункционального рецептора. Клетка. 1991;67:687–699. [PubMed] [Google Scholar]

15. Мускавич М.А. Передача сигналов Delta-notch и выбор судьбы клеток дрозофилы. Дев биол. 1994; 166:415–430. [PubMed] [Google Scholar]

16. Мэннинг А.Дж., Питерс К.А., Пайфер М., Роджерс С.Л. Регуляция эпителиального морфогенеза туманом рецептора, связанным с g-белком, и туманом его лиганда. Научный сигнал. 2013;6:ra98. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

17. Roy S, Ernst J, Kharchenko PV, Kheradpour P, Negre N, et al. Идентификация функциональных элементов и регуляторных цепей Drosophila modENCODE. Наука. 2010; 330:1787–1797. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

18. Riddle NC, Jung YL, Gu T, Alexeyenko AA, Asker D, et al. Обогащение HP1a на генах хромосомы 4 Drosophila создает альтернативную структуру хроматина, критическую для регуляции в этом гетерохроматиновом домене. Генетика PLoS. 2012;8:e1002954. [PMC бесплатная статья] [PubMed] [Google Scholar]

19. Риддл Н.С., Минода А. , Харченко П.В., Алексеенко А.А., Шварц Ю.Б., и соавт. Пластичность паттернов модификаций гистонов и хромосомных белков в Гетерохроматин дрозофилы . Геномные исследования. 2011;21:147–163. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

20. Харченко П.В., Алексеенко А.А., Шварц Ю.Б., Минода А., Риддл Н.К., и соавт. Комплексный анализ ландшафта хроматина у Drosophila melanogaster . Природа. 2011; 471:480–485. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

21. Шварц Ю.Б., Линдер-Бассо Д., Харченко П.В., Толсторуков М.Ю., Ким М. и соавт. Природа и функция сайтов связывания инсуляторных белков в геноме дрозофилы. Геном Res. 2012; 22:2188–2198. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

22. Eaton ML, Prinz JA, Macalpine HK, Третьяков Г., Харченко П.В., и соавт. Хроматиновые сигнатуры программы репликации дрозофилы. Геномные исследования. 2011;21:164–174. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

23. MacAlpine HK, Gordan R, Powell SK, Hartemink AJ, MacAlpine DM. Drosophila ORC локализуется на открытом хроматине и маркирует сайты загрузки когезинового комплекса. Геном Res. 2010;20:201–211. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

24. Henikoff S, Henikoff JG, Sakai A, Loeb GB, Ahmad K. Полногеномное профилирование солевых фракций отображает физические свойства хроматина. Геном Res. 2009; 19: 460–469. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

25. Cherbas L, Willingham A, Zhang D, Yang L, Zou Y, et al. Транскрипционное разнообразие 25 клеточных линий Drosophila melanogaster . Геномные исследования. 2011;21:301–314. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

26. Wen J, Mohammed J, Rsai H, Robine N, Westholm JO, et al. Разнообразие miRNAs, siRNAs и piRNAs в 25 клеточных линиях дрозофилы. Геномные исследования. 2014 в печати. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

27. Браун Дж.Б., Боли Н., Эйсман Р., Мэй Г.Э., Штойбер М.Х. и соавт. Разнообразие и динамика транскриптома дрозофилы. Природа. 2014 в печати. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

28. Chen Z-X, Sturgill D, Qu CJ, Jiang H, Park S, et al. Сравнительная проверка аннотации транскриптома D. melanogaster modENCODE. Геномные исследования. 2014 в печати. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

29. Echalier G, Ohanessian A. Isolement, in vitro, de lignees cellulaires diploides de Дрозофила меланогастер . C r hebd Seanc Acad Sci, Paris D Sci nat. 1969; 268: 1771–1773. [PubMed] [Google Scholar]

30. Schneider I. Клеточные линии, полученные из поздних эмбриональных стадий Drosophila melanogaster . Журнал эмбриологии и экспериментальной морфологии. 1972; 27: 353–365. [PubMed] [Google Scholar]

31. Какпаков В.Т., Гвоздев В.А., Полукарова Л.Г., Бирштейн В.Ю., Платова Т.П. Культура непрерывных линий клеток Drosophila melanogaster in vitro . Характер роста, кариотип и функция сцепленного с полом гена. Структура и генетические функции биополимеров. 1969; 1: 61–76. [Google Scholar]

32. Мосна Г., Долфини С. Морфологическая и хромосомная характеристика трех новых непрерывных клеточных линий Drosophila melanogaster . Хромосома. 1972; 38: 1–9. [PubMed] [Google Scholar]

33. Simcox A, Mitra S, Truesdell S, Paul L, Chen T, et al. Эффективный генетический метод создания клеточных линий дрозофилы открывает потенциал для создания линий определенных генотипов. Генетика PLoS. 2008;4:e1000142. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

34. Lecland N, Debec A, Delmas A, Moutinho-Pereira S, Malmanche N, et al. Создание и митотическая характеристика новых ацентриолярных клеточных линий дрозофилы из мутанта DSas-4. Биол открытый. 2013;2:314–323. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

35. Lunstrum GP, Bachinger HP, Fessler LI, Duncan KG, Nelson RE, et al. Проколлаген базальной мембраны дрозофилы IV. I. Характеристика и распределение белков. Дж. Биол. Хим. 1988; 263:18318–18327. [PubMed] [Академия Google]

36. Андрес А.Дж., Чербас П. Тканеспецифические реакции экдизона: регуляция генов Drosophila Eip28/29 и Eip40 во время личиночного развития. Разработка. 1992; 16: 865–876. [PubMed] [Google Scholar]

37. Sondermeijer PJ, Derksen JW, Lubsen NH. Новая клеточная линия: установленные клеточные линии Drosophila hydei. В пробирке. 1980; 16: 913–914. [PubMed] [Google Scholar]

38. Schneider I, Blumenthal AB. Культура клеток и тканей дрозофилы. В: Ashburner M, Wright TRF, редакторы. Генетика и биология дрозофилы. Академическая пресса; 1978. стр. 265–315. [Google Scholar]

39. Карри Д.А., Милнер М.Дж., Эванс К.В. Рост и дифференцировка in vitro клеток имагинальных дисков ног и крыльев из Drosophila melanogaster . Разработка. 1988; 102: 805–814. [Google Scholar]

40. Ui K, Ueda R, Miyake T. Клеточные линии из имагинальных дисков Drosophila melanogaster . Клеточная биология и биология развития in vitro A. 1987; 23:707–711. [PubMed] [Google Scholar]

41. Ui K, Nishihara S, Sakuma M, Togashi S, Ueda R, et al. Недавно созданные клеточные линии из ЦНС личинки дрозофилы проявляет специфические нейронные характеристики. Клеточная биология и биология развития in vitro A. 1994; 30:209–216. [PubMed] [Google Scholar]

42. Gateff E, Gissmann L, Shrestha R, Plus N, Pfister H, et al. В: Курстак Э., Мараморош К., Дюбендорфер А., редакторы. Характеристика двух линий опухолевых клеток крови Drosophila melanogaster и содержащихся в них вирусов; Invertebrate Systems in Vitro Пятая международная конференция по культуре тканей беспозвоночных; Риги-Кальтбад, Швейцария, 19 лет79. Амстердам: Эльзевир; 1980. С. 517–533. [Google Scholar]

43. Ники Ю., Ямагучи Т., Маховальд А.П. Создание стабильных клеточных линий стволовых клеток зародышевой линии Drosophila . Труды Национальной академии наук США. 2006;103:16525–16330. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

44. Saito K, Inagaki S, Mituyama T, Kawamura Y, Ono Y, et al. Цепь регуляции piwi с помощью большой пробки гена Maf у дрозофилы. Природа. 2009; 461:1296–1299. [PubMed] [Академия Google]

45. Justiniano S, Matthew A, Mitra S, Manivannan SN, Simcox A. Потеря супрессора опухоли Pten способствует пролиферации клеток Drosophila melanogaster in vitro и дает начало непрерывным клеточным линиям. ПЛОС Один. 2012;7:e31417. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

46. Ueda R, Ui-Tei K, Roberts J, Cherbas L. Технические отчеты CGB 2007-4. 2007. Стандартный протокол для установления клеточных линий из эмбрионов дрозофилы. [Google Scholar]

47. Lecland N, Debec A, Delmas A, Moutinho-Pereira S, Malmanche N, et al. Создание и митотическая характеристика новых ацентриолярных клеточных линий дрозофилы из мутанта DSas-4. Биол открытый. 2013;2:314–323. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

48. Поттер С.С., Брорейн В.Д.Дж., Дансмюр П., Рубин Г.М. Транспозиция элементов семейств 412, copya и 297 рассеянных повторяющихся генов у дрозофилы . Клетка. 1979; 17: 415–427. [PubMed] [Google Scholar]

49. Чербас Л. [Google Scholar]

50. Чербас Л., Чербас П. Культура клеток. В: Робертс Д.Б., редактор. Дрозофила: практический подход. Издательство Оксфордского университета; 1998. С. 319–346. [Google Scholar]

51. Miyake T, Mae N, Shiba T, Kondo S. Производство вирусоподобных частиц мобильным элементом, copya, Drosophila melanogaster. Молекулярная и общая генетика. 1987;207:29–37. [PubMed] [Google Scholar]

52. Shiba T, Saigo K, Miyake T. Вирусоподобные частицы Drosophila melanogaster , содержащие т-РНК и 5S рибосомную РНК. II. Выделение и характеристика низкомолекулярных РНК. В: Курстак Э., Мараморош К., Дюбендорфер А., редакторы. Системы беспозвоночных in vitro. Амстердам: Elsevier/North Holland Biomedical Press; 1980. С. 425–433. [Google Scholar]

53. Yoshioka K, Honma H, Zushi M, Kondo S, Togashi S, et al. Образование вирусоподобных частиц Drosophila copya посредством автокаталитической обработки. Журнал ЭМБО. 1990;9:535–541. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

54. Чербас Л., Мосс Р., Чербас П. Методы трансформации клеточных линий дрозофилы . Методы клеточной биологии. 1994; 44: 161–179. [PubMed] [Google Scholar]

55. Чербас Л., Чербас П. Культура клеток дрозофилы и трансформация. В: Салливан В., Эшбернер М., Хоули Р.С., редакторы. Дрозофила: лабораторное руководство. 2. Колд-Спринг-Харбор, Нью-Йорк: Cold Spring Harbour Press; 2000. [Google Scholar]

56. Чербас Л., Чербас П. Преобразование Клеточные линии дрозофилы : альтернативный подход к экспрессии экзогенного белка. В: Murhammer DW, редактор. Протоколы экспрессии бакуловирусов. 2. Хьюмана Пресс; 2007. С. 317–340. [PubMed] [Google Scholar]

57. Баум Б., Чербас Л. Клеточные линии дрозофилы как модельные системы и экспериментальный инструмент. В: Даманн С, редактор. Дрозофила: методы и протоколы. Хумана Пресс; 2008. стр. 391–424. [PubMed] [Google Scholar]

58. Мосс RE. Анализ системы трансформации для Клетки культуры ткани Drosophila . Гарвардский университет; 1985. [Google Scholar]

59. Сегал Д., Чербас Л., Чербас П. Генетическая трансформация клеток Drosophila в культуре с помощью Р-элемент-опосредованной транспозиции. Молекулярная генетика соматических клеток. 1996; 22: 159–165. [PubMed] [Google Scholar]

60. Neumuller RA, FW-PSL, Kwon Y, Buckner M, et al. Строгий анализ функции генов и белок-белковых взаимодействий с использованием генов с флуоресцентной меткой. Генетика. 2011;190: 931–940. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

61. Jokerst RS, Weeks JR, Zehring WA, Greenleaf AL. Анализ гена, кодирующего самую большую субъединицу РНК-полимеразы II у дрозофилы. Мол Ген Жене. 1989; 215: 266–275. [PubMed] [Google Scholar]

62. Чербас Л., Хакни Дж. Ф., Гонг Л., Зальццер С., Чербас П. неопубликовано. [Google Scholar]

63. Бейтман Дж. Р., Ли А. М., Ву К. Т. Сайт-специфическая трансформация дрозофилы посредством замены кассет, опосредованной интегразой phiC31. Генетика. 2006;173:769–777. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

64. Huang J, Zhou W, Dong W, Hong Y. Целевая инженерия генома дрозофилы. Флай (Остин) 2009; 3: 274–277. [PubMed] [Google Scholar]

65. Venken KJ, Simpson JH, Bellen HJ. Генетические манипуляции с генами и клетками нервной системы плодовой мушки. Нейрон. 2011;72:202–230. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

66. Hillman RT, Calos MP. Сайт-специфическая интеграция с интегразой бактериофага PhiC31. Cold Spring Harb Protoc 2012 2012 [PubMed] [Google Scholar]

67. Thomason LC, Calendar R, Ow DW. Вставка и замена гена в Schizosaccharomyces pombe, опосредованная системой сайт-специфической рекомбинации бактериофага Streptomyces phiC31. Мол Генет Геномикс. 2001; 265:1031–1038. [PubMed] [Google Scholar]

68. Тьягараджан Б., Оливарес Э.К., Холлис Р.П., Гинзбург Д.С., Калос М.П. Сайт-специфическая геномная интеграция в клетки млекопитающих, опосредованная интегразой фага phiC31. Мол Селл Биол. 2001; 21:3926–3934. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

69. Chompoosri J, Fraser T, Rongsriyam Y, Komalamisra N, Siriyasatien P, et al. Анализ внутримолекулярной интеграции подтверждает потенциал интегразы phi C31 и R4 в различных клетках насекомых. Общественное здравоохранение J Trop Med из Юго-Восточной Азии. 2009;40:1235–1253. [PubMed] [Google Scholar]

70. Murhammer DWe. В: Протоколы экспрессии бакуловирусов и клеток насекомых. Уокер Дж. М., редактор. Хумана Пресс; 2007. [Google Scholar]

71. Ким К.Р., Ким Ю.К., Ча Х.Дж. Платформа экспрессии множественных белков на основе рекомбинантного бакуловируса для культуры клеток Drosophila S2. Дж Биотехнолог. 2008; 133:116–122. [PubMed] [Академия Google]

72. Lee DF, Chen CC, Hsu TA, Juan JL. Система бакуловирусной суперинфекции: эффективное средство для переноса генов в клетки дрозофилы S2. Дж Вирол. 2000;74:11873–11880. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

73. Брайсон Т.Д., Вебер К.М., Хеникофф С. Экспрессия белка, кодируемого бакуловирусом, для эпигеномного профилирования в клетках дрозофилы . Флай (Остин) 2010; 4: 258–265. [PubMed] [Google Scholar]

74. Wigler M, Pellicer A, Silverstein S, Axel R. Биохимический перенос однокопийных эукариотических генов с использованием тотальной клеточной ДНК в качестве донора. Клетка. 1978;14:725–731. [PubMed] [Google Scholar]

75. Bourouis M, Jarry B. Векторы, содержащие прокариотический ген дигидрофолатредуктазы, превращают клетки дрозофилы в устойчивые к метотрексату. EMBO J. 1983; 2: 1099–1104. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

76. Swevers L, Cherbas L, Cherbas P, Iatrou K. Bombyx EcR (BmEcR) и Bombyx USP (BmCF1) объединяются, образуя функциональный рецептор экдизона. . Биохимия насекомых и молекулярная биология. 1996; 26: 217–221. [PubMed] [Академия Google]

77. Felgner PL, Gadek TR, Holm M, Roman R, Chan HW, et al. Липофекция: высокоэффективная липид-опосредованная процедура трансфекции ДНК. Proc Natl Acad Sci U S A. 1987; 84:7413–7417. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

78. Osswalt M, Cherbas L. [Google Scholar]

79. Bunch TA, Grinblat Y, Goldstein LS. Характеристика и использование промотора металлотионеина Drosophila в культивируемых клетках Drosophila melanogaster. Нуклеиновые Кислоты Res. 1988; 16: 1043–1061. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

80. Стеббинс М.Дж., Инь Дж.К. Адаптируемые системы экспрессии генов, регулируемые доксициклином, для дрозофилы. Ген. 2001; 270:103–111. [PubMed] [Google Scholar]

81. Stebbins MJ, Urlinger S, Byrne G, Bello B, Hillen W, et al. Тетрациклин-индуцируемые системы для дрозофилы. Proc Natl Acad Sci U S A. 2001; 98:10775–10780. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

82. Tatsuke T, Lee JM, Kusakabe T, Iiyama K, Sezutsu H, et al. Строго контролируемая индуцируемая тетрациклином система транскрипции для взрывной экспрессии генов в культивируемых клетках тутового шелкопряда. Arch Insect Biochem Physiol. 2013; 82: 173–182. [PubMed] [Академия Google]

83. Мор С.Е. Методы. 2014 в печати, этот выпуск. [Google Scholar]

84. Puck TT, Marcus PI. Быстрый метод титрования жизнеспособных клеток и получения клонов с использованием клеток Hela в культуре тканей: использование клеток, облученных рентгеновским излучением, для снабжения кондиционирующими факторами. Proc Natl Acad Sci U S A. 1955; 41:432–437. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

85. Ponchio L, Duma L, Oliviero B, Gibelli N, Pedrazzoli P, et al. Митомицин С как альтернатива облучению для ингибирования роста фидерного слоя в долгосрочных анализах культивирования. Цитотерапия. 2000; 2: 281–286. [PubMed] [Академия Google]

86. Roy A, Krzykwa E, Lemieux R, Neron S. Повышенная эффективность гамма-облученных фидерных клеток по сравнению с обработанными митомицином C для размножения нормальных клеток человека в долгосрочных культурах. J Hematother Stem Cell Res. 2001; 10: 873–880. [PubMed] [Google Scholar]

87. Мор С. личное сообщение. 2013.

88. Доу Дж. Личное сообщение.

89. Цельникер СЭ. Методы. 2014 в печати, этот выпуск. [Google Scholar]

Картографирование мух — CZ Biohub

Новости и события > Life/Science Blog

Сканирующая электронная микрофотография экзоскелета Drosophila melanogaster в области головы, близкой к области глаз, в искусственных цветах. (Энн Уэстон, Институт Фрэнсиса Крика)

CZ Biohub присоединяется к международным усилиям по созданию первого клеточного атласа для фундамента биологии чем его внешний вид может предложить. Из примерно 14 000 кодирующих белок генов в геноме мухи около трех четвертей имеют человеческий аналог. Это поразительное сходство в сочетании с тем фактом, что эти крошечные жуки имеют чрезвычайно короткое время генерации и их легко выращивать в лаборатории, привело к многочисленным прорывным открытиям в области генетики, биологии развития и нейробиологии.

Плодовая мушка была важным модельным организмом в биологических исследованиях с начала 1900-х годов, когда Томас Хант Морган и его коллеги внимательно изучили тысячи мух, чтобы подтвердить теорию хромосомного наследования, согласно которой гены расположены в хромосомах. С тех пор эксперименты с плодовыми мушками привели к прогрессу в понимании и лечении нарушений сна, рака, болезней сердца и нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсона.

Исследователи CZ Biohub внесли значительный вклад в биологию плодовых мушек и сотрудничали с международной группой ученых, чтобы создать Fly Cell Atlas , опубликовано 4 марта 2022 года в журнале Science . Ценный ресурс для биологов всего мира, атлас содержит данные о более чем полумиллионе клеток и различает типы клеток в 15 тканях, выявляя различия в экспрессии генов.

Стремление к сплоченности

В последние годы, с появлением технологии генома отдельных клеток, ученые смогли изучить тканей дрозофилы с беспрецедентным разрешением, наблюдая за экспрессией всех генов одновременно в каждой отдельной клетке. Такое детальное понимание может помочь понять, чем определенные клетки отличаются от своих соседей и взаимодействуют с ними, а также как они формируются и функционируют в данной ткани.

Поскольку плодовые мушки как никогда популярны в биомедицинских исследованиях, этот тип анализа отдельных клеток быстро завоевал популярность в исследовательском сообществе. Однако эти данные были получены во многих разных лабораториях с использованием разных протоколов и разного генетического фона, что затрудняет точное сравнение экспрессии генов в клетках и тканях, говорит Стейн Аэртс , вычислительный биолог из KU Leuven в Бельгии.

Аэртс является одним из соучредителей Fly Cell Atlas Consortium — команда, органически выросшая, когда группа специалистов из исследовательского сообщества Drosophila собралась в Лёвене в 2017 году. первая полная карта экспрессии генов в каждой клетке плодовой мушки.

Чтобы выполнить эту сложную задачу, Барт Депланке , биоинженер и генетик Федеральной политехнической школы Лозанны в Швейцарии и один из руководителей Консорциума, связался с Стив Квейк и его коллеги из CZ Biohub за их большой опыт создания одноклеточных атласов . Квейк и его команда только что завершили работу над атласом клеток мыши Tabula Muris и начали работу над атласом клеток человека, Tabula Sapiens , когда они согласились сотрудничать с исследователями Drosophila для разработки атласа клеток мух.

«Клетка — такой богатый и сложный объект, на каком-то уровне намного более сложный, чем геном, — говорит Квейк. «И теперь мы готовы по-настоящему понять это фундаментальным образом, используя эти клеточные атласы для создания молекулярных определений всех типов клеток в организме».

Чтобы дать толчок проекту, Билл Беркхолдер , директор по управлению научной программой в Biohub, организовал двухдневное собрание команды Fly Cell Atlas в Сан-Франциско в августе 2019 года. «Во время этой встречи, как мы описывали шаги, которые мы предприняли для создания Tabula Muris и Tabula Muris Senis, мы могли видеть, как группа принимает эту новую идею командной науки», — вспоминает Анжела Оливейра Писко из Biohub, заместитель директора по науке о данных. «Похоже, они впервые были уверены, что Консорциум добьется успеха».

Воодушевленные новой возможностью, «мы сказали им, что поделимся с ними всем, нашими инструментами и нашими экспериментальными методами», — говорит Quake. «И мы согласились провести большую часть экспериментов самостоятельно».

Огромная командная работа

«Это была действительно титаническая работа, — говорит Ликун Луо из Стэнфордского университета, который также руководил этой работой. «Во всем консорциуме участвовало 158 экспертов из 40 различных лабораторий по всему миру, и его поддерживал как технически, так и финансово CZ Biohub».

Два молодых исследователя по разные стороны Атлантики возглавили сбор и анализ данных: Джаспер Янссенс , аспирант KU Leuven, и Хунцзе Ли , доцент Медицинского колледжа Бейлора и до недавнего времени постдоктор. в лаборатории Луо в Стэнфорде.

Группа использовала две взаимодополняющие стратегии для достижения своей цели, поясняет Янссенс: «Мы секвенировали генетический материал из рассеченных тканей, чтобы знать источник ткани, но мы также секвенировали генетический материал из всей головы и тела, чтобы гарантировать, что все были взяты образцы клеток».

Затем Биохаб служил «экспериментальным узлом» проекта, говорит Квейк, отвечая за обработку всех образцов, выполнение всего генетического секвенирования и создание библиотек секвенирования. «Было здорово видеть, что мы можем передать наше интеллектуальное лидерство в том, как вы делаете атлас клеток организма в целом, этой группе мотивированных людей, которые хотели делать это на лету», — говорит он.

Помимо Quake и Pisco, в работе приняли участие ученые и выпускники Biohub, в том числе Норма Нефф , лидер Платформы геномики и секвенирования; Анджела Детвайлер , научный сотрудник Платформы геномики; Главный технический директор Джим Карканиас , Аарон МакГивер , старший инженер-программист в области наук о данных; Научный сотрудник Цзя Ян ; Рене Сит и Мишель Тан , оба теперь в ArsenalBio, Сай Сароджа Коллуру , теперь в 10X Genomics; Феликс Хорнс , бывший аспирант лаборатории Quake, ныне Калифорнийского технологического института; бывший исследователь Biohub Юре Лесков c Стэнфорда; и Мария Брбич , постдоктор в группе Лесковец.