Типы клеток человека: Клетка — все статьи и новости

Атлас клеток человека | Наука и жизнь

Сейчас известно, что в человеке в среднем около 37 триллионов клеток. Но мы до сих пор не знаем точно, на сколько типов они делятся и чем занимается каждый тип. Поэтому международная группа учёных основала в 2016 году проект «Атлас клеток человека», не менее амбициозный, чем считающийся завершённым в 2003 году проект «Геном человека» (хотя пока в нём учтены ещё не все участки наших 46 хромосом). В проекте участвуют специалисты из 584 институтов, в том числе российских. Биологи намерены определить все типы человеческих клеток, показать их местонахождение в теле и определить функции. Это будет таким же прорывом в биологии, каким стали первые географические атласы для наук о Земле. Наверняка результаты приведут и к появлению новых лекарств.

Ионоциты — новый тип клеток, найденный в выстилке верхних дыхательных путей человека. Фото: Montoro et al./Nature.

‹

›

Вот уже более 150 лет гистологи и цитологи классифицируют клетки по самым разным параметрам: размеру, форме, расположению в теле, по их реакции на всевозможные химикаты и красители, а с недавних пор — по белкам, которые синтезируются в этих клетках. Современные учебники выделяют около трёхсот типов клеток. Но постоянно появляются новые способы изучения клеток, мы узнаём о них всё больше, а оттого возникают новые методы их классификации. Атлас будет классифицировать клетки по тому, какие ядерные и внеядерные гены в них функционируют. Хотя, за небольшими исключениями, почти каждая клетка организма содержит полный набор наших генов, далеко не во всех клетках все они работают или, как говорят специалисты, экспрессируются, то есть проявляют себя. До недавних пор работу генов изучали на очень небольших, но всё же кусочках тканей и органов, измельчая их в кашицу. В пробу, выбранную для анализа, могли попадать разные типы клеток с разным набором действующих генов. Только в 2011 году американским биологам удалось перейти на уровень отдельной клетки, и оказалось, что некоторые типы клеток на самом деле подразделяются на несколько подтипов…

Неизученные и загадочные. Открыты новые типы клеток в организме человека

Источник: ria.ru

В аутоиммунных заболеваниях, в том числе диабете первого типа и рассеянном склерозе, могут быть виноваты особые иммунные клетки, о которых ученые узнали лишь в этом году. Также среди недавних открытий — новые типы нейронов и необычные стволовые клетки, обнаруженные в органах взрослых людей. Благодаря современным технологиям исследователи разглядели невидимые прежде «кирпичики» человеческого организма.

Опасные гибриды

В начале этого года в одной из лабораторий Университета Джонса Хопкинса (США) биологи изучали работу человеческого иммунитета. Они отталкивались от предположения, что диабет первого типа возникает из-за того, что иммунная система начинает атаковать здоровые бета-клетки поджелудочной железы, вырабатывающие инсулин.

В норме антигены — чужеродные вещества — распознаются благодаря особому белковому комплексу, расположенному на поверхности клеток. Он связывается с антигенами и в таком виде презентует их клеткам иммунитета. В результате Т-лимфоциты начинают уничтожать зараженные клетки и стимулировать В-лимфоциты на борьбу с врагом.

В случае с диабетом первого типа иммунитет по непонятным пока причинам считает инсулин чужеродным веществом. Но даже в этом случае реакция иммунной системы не должна быть настолько сильной, как это характерно для организма диабетиков: сразу в нескольких экспериментах ученые показали, что белковый комплекс с поверхности клеток плохо связывается с инсулином.

Иммунные гибридные клетки, которые одновременно действуют как Т- и В-лимфоциты, ученые назвали Х-лимфоцитами

Оказалось, что дело в особых клетках иммунитета, которые раньше не замечали, — гибридных лимфоцитах, сочетающих в себе свойства Т- и В-клеток. Иными словами, они могут как уничтожать источник производства инсулина в организме, так и вырабатывать антитела к ферментам поджелудочной железы. Именно эта особенность обостряет иммунный ответ, предполагают авторы исследования. Ведь один лимфоцит одновременно выполняет работу, которая обычно требует согласованных действий двух клеток.

Как показали дальнейшие исследования, пептиды, производимые гибридами, усиливают атаку Т-лимфоцитов на бета-клетки, вырабатывающие инсулин. В результате и развивается диабет первого типа. У пациентов с таким диагнозом концентрация гибридных клеток в крови значительно выше, чем у здоровых людей.

Ученые раскрыли происхождение клеток-убийц

Иммунные клетки — Т-лимфоциты — уничтожают инфицированные и раковые клетки. Современная наука уже знает, какой ген ответственен за созревание лимфоцитов в человеческом организме, однако до последнего времени было не понятно, какой механизм его активирует.

Новая форма — новое содержание

Американские и испанские ученые, исследовавшие механизм образования внутренних органов и кожного покрова у человеческого зародыша, обнаружили клетки неизвестной ранее геометрической формы. Они представляют собой многоугольники с восемью гранями, одна из которых треугольная.

Речь идет об эпителиальных клетках, участвующих в формировании слизистых оболочек, легких, желез и капилляров. В ходе развития эмбриона, прежде чем превратиться в органы, структуры, состоящие из этих клеток, изгибаются и перекручиваются. При этом сами клетки или их группы должны принимать такие формы, чтобы минимизировать расход энергии и обеспечить стабильность всей конструкции.

Клетки эпителия при изгибе принимают форму скутоида — многоугольника с восемью гранями

Ученые уже наблюдали, что по мере роста тканей эпителиальные клетки становятся похожи либо на призму, либо на усеченную пирамиду. Однако когда они попытались смоделировать весь процесс в компьютерной программе, оказалось, что при закручивании клеточных структур они должны принимать еще одну геометрическую форму, для которой даже не существует названия. Одно из оснований получившейся фигуры имело шесть вершин, другое — пять. Исследователи окрестили ее скутоидом в честь щитка жуков Heteroptera — скутеллума (scutellum).

Скутоиды уже удалось обнаружить в слюнных железах мушек-дрозофил и эмбриональных тканях рыб данио-рерио. Авторы работы предполагают, что и клетки человеческих зародышей должны принимать форму новой геометрической фигуры.

Ученые получили новую информацию о раннем развитии эмбриона человека

Ученым удалось поддерживать жизнь человеческого эмбриона в течение рекордных 13 дней, в ходе которых удалось получить дополнительную информацию о раннем периоде развития человека.

Шиповник в голове

Нейробиологи из Алленовского института мозга (США) описали новый тип нервных клеток — так называемые нейроны шиповника. Они сосредоточены в верхних слоях коры головного мозга и внешне похожи на розу с опавшими лепестками: вокруг каждой клетки образован плотный пучок из отростков, через которые проходят нервные импульсы.

Исследователи обнаружили эти нейроны, когда изучали срезы мозговой ткани двух 50-летних мужчин, завещавших свои тела науке после смерти. При анализе белков, встроенных в клеточную мембрану нейронов, выяснилось, что некоторые из них имеют собственную генную подпись. Иными словами, набор генов, производящих белки, характерен только для этих клеток.

Дальнейшие исследования показали, что нейроны шиповника относятся к тормозящим, но их конкретная функция пока неясна. Авторы работы предполагают, что они могут каким-то образом управлять сигналами, которые передают клетки, находящиеся в более глубоких слоях коры головного мозга. У остальных животных, в том числе и приматов, ученые пока не обнаружили нейроны шиповника.

Новый тип нервных клеток назвали нейронами шиповника, так как внешне они похожи на розу с опавшими лепестками

Сюрприз в печени

Печень — один из немногих внутренних органов, способный восстановить первоначальный объем, даже если осталось не более 25 процентов нормальной ткани. Возвращение к прежним размерам главным образом возможно из-за увеличения объема уцелевших клеток. Но и регенерация пусть медленно, но происходит.

Один из вероятных ее механизмов — действие клеток, которые по своим свойствам напоминают стволовые. Речь о гепатобилиарных гибридных клетках-предшественницах (hepatobiliary hybrid progenitor cell, HHyP), описанных учеными полгода назад. Исследователи обнаружили их в печени как эмбрионов, так и взрослых людей.

В процессе развития зародыша HHyP превращаются в гепатоциты — клетки паренхимы печени — и холангиоциты — клетки эпителия желчных протоков. В клетках взрослых они, как правило, неактивны. Авторы работы намерены найти способ искусственно воздействовать на них, чтобы орган мог восстанавливаться даже при очень серьезных поражениях — циррозе и гепатитах.

Мезенхимальные стволовые клетки | PBKM ITK RU

Мезенхимальные стволовые клетки в настоящее время широко изучаются для использования в регенеративной медицине / клеточной терапии. Результаты испытаний, проводимых более десяти лет, подтвердили эффективность и безопасность применения мезенхимальных стволовых клеток, полученных из спинного мозга, например, в лечении сложных форм лейкемии, осложнений, связанных с трансплантацией кроветворных клеток, а также в других болезнях, таких как: лечении ран, ожогов, повреждений суставов, а также в эстетической медицине. Одним из возможных применений мезенхимальных стволовых клеток, полученных из желе Уортона,  является также поддержание лечения БАС. 

Стволовые клетки могут быть взяты из собственных тканей (костного мозга, жира) пациента либо получены от донора. В случае Терапии, проводимой Институтом клеточной терапии, клетки будут отбираться из так называемого желе Уортона. Это желеобразное вещество, обнаруженное в пуповине, чрезвычайно богатая мезенхимальными стволовыми клетками (так называемые WJ-MSC) ткань, окружающая пуповинные сосуды.
Эти клетки обладают способностью дифференцироваться во многие типы специализированных клеток. WJ-MSC обладает характеристиками и свойствами, сходными с мезенхимальными стволовыми клетками из других источников с некоторым преимуществом. Клетки, выделенные из желе Уортона, показывают более короткое время деления и пролиферируют в течение более длительного периода пребывания в культуре, чем клетки BMSC (стволовые клетки, полученные из костного мозга). По сравнению с мезенхимальными клетками костного мозга или жиров, получение WJ-MSC из пуповины — ранее стандартно утилизируемой после родов — намного проще. Получение этих клеток не является источником боли, не создает этических конфликтов и, в отличие от эмбриональных стволовых клеток (ESC), у них нет никаких туморогенных свойств.
Поскольку мезенхимальные клетки, выделенные из других тканей, WJ-MSC, дифференцируются в остеобласты, адипоциты, хондроциты, эндотелиальные клетки, скелетные мышцы и кардиомиоциты в культуре в пробирке. Кроме того, WJ-MSC клетки обладают способностью трансформироваться в клетки нервной ткани: дофаминергические нейроны, холинергические нейроны, Шванновские клетки, производящие миелиновую оболочку и олигодендроциты. В доклинических исследованиях на крысиной модели инсульта WJ-MSC, введенные в мозг крысы, дифференцируют in vivo в эндотелиальные и нейронные клетки. Таким образом, имплантация клеток WJ-MSC потенциально может внести свой вклад в восстановление тканей нервной системы путем прямого преобразования стволовых клеток в специализированные клетки, позволяя заменить поврежденные болезнью нейроны или олигодендроциты. Кроме того, клетки WJ-MSC также обладают способностью продуцировать белки, секретируемые во внеклеточное пространство, которые стимулируют регенерацию тканей. Среди прочего, WJ-MSC производят ангиогенные факторы, такие как CXCL2, CXCL5 и FGF9 и нейротрофические факторы NTF3, EGF и MDK. Экспрессия этих нейротрофических факторов выше в клетках WJ-MSC по сравнению с BMSC. В исследованиях in vitro показано, что паракринные факторы, продуцируемые WJ-MSC, увеличивают выживаемость и деление первичных кортикальных и мозжечковых нейронов.
Еще одна особенность WJ-MSC, которая важна с точки зрения клинического применения, — иммуномодулирующие свойства, заключающиеся в ингибировании активации иммунной системы. Лабораторные исследования показали, что WJ-MSC ингибируют пролиферацию стимулированных спленоцитов, Т-лимфоцитов и сами по себе не стимулируют пролиферацию Т-лимфоцитов. Кроме того, WJ-MSC демонстрируют низкую экспрессию костимулирующих рецепторов для Т-лимфоцитов Т CD40, CD80 и CD86, а также высокий уровень экспрессии белков, обладающих иммуносупрессивными свойствами — HLA-G, IL-6, VEGF. В других исследованиях было продемонстрировано ингибирование дифференцировки моноцитов в дендритные клетки и ингибирование продуцирования провоспалительных факторов TNF-a и IFN-γ стимулированными Т-лимфоцитами.

Многократное, эффективное использование мезенхимальных стволовых клеток в гематологии, онкологии и трансплантации клеток уже описано, в частности, в:

• предотвращении заболевания трансплантата против хозяина (GvHD)
• лечении острого заболевания трансплантата против хозяина (aGvHD)
• лечения хронической болезни трансплантата против хозяина (cGvHD)
• восстановлении аутологичной гемопоэтической системы
• восстановлении гемопоэтической системы реципиента с помощью аллогенных гематопоэтических стволовых клеток
• лечении токсичности, вызванной химиотерапией и лучевой терапией.

Ученые объяснили, почему все клетки разные и почему человек не похож на мышь

Ученые впервые выяснили, как работают одни и те же гены в разных клетках человека и мыши. Российский участник проекта Fantom биоинформатик Всеволод Макеев рассказал «Газете.Ru» о задачах работы и о том, как она велась.

Основная загадка жизни

Прочтение последовательности букв в геноме человека еще не дает понимания того, как работает геном. Это не расшифровка генома, а, наоборот, зашифрованный текст, смысл которого мы пока не понимаем. Основная интрига заключается в том, что все клетки организма имеют одну и ту же ДНК, в которой содержится информация о кодировании определенных белков. Но клетки разных тканей разные, мышечные клетки не похожи на нервные или на клетки крови. В процессе развития каждый организм проходит путь от оплодотворенной яйцеклетки до взрослой особи и при этом все время меняется, а геном — нет. Очевидно, что работа генов неодинакова в разном месте и в разное время.

В том, как это все регулируется, — в этом и состоит основная загадка жизни.

16 сентября 11:29

В последнее десятилетие усилия ученых были направлены на то, чтобы последовательно приближаться к пониманию того, как работает геном. О большом шаге в этом направлении рассказано в двух статьях последнем выпуске журнала Nature, где опубликованы результаты исследований в рамках программы Fantom. Название этой программы расшифровывается как Functional ANnoTation Of Mammals — функциональная характеристика генома млекопитающих. Она была инициирована в 2000 году японскими учеными из Центра технологий наук о жизни RIKEN. Выполнение программы включает несколько этапов, и сейчас ученые публикуют результаты пятого этапа. В международном консорциуме участвуют более 250 ученых из 114 институтов из 20 стран, в том числе и российские специалисты из Института общей генетики РАН. Помимо двух ключевых статей в Nature результаты исследований про проекту Fantom 5 опубликованы также в 16 статьях в других научных журналах.

Принципы работы генома универсальны что для мыши, что для человека — именно эти представители млекопитающих стали основными объектами исследований. У человека и мыши примерно один и тот же набор генов, в то же время мы совсем не похожи на мышь. Все дело в том, что гены человека регулируются по-другому, чем гены мыши. Ученые убедились в этом, нанеся на карту эти регуляторы и сравнив, как они работают у одного и другого вида.

«Исследования дают нам взгляд на то, почему человек отличается от других животных, при том что мы разделяем с ними большую часть генов, — говорит Мартин Тэйлор из Института генетической и молекулярной медицины Эдинбургского университета. — Сравнение атласа человека и мыши показывает, что в процессе эволюции произошел значительный перемонтаж связей между регуляторами».

Человек тоже различен в разных тканях. Секрет того, что клетки печени не похожи на клетки крови, опять же в том, что в них работают разные гены.

А каким генам работать, каким — нет, зависит от регуляции.

Регуляторы генов

Основные регуляторы работы генома — это так называемые промоторы и энхансеры. Промотор — это последовательность нуклеотидов, которая дает старт для транскрипции — первого этапа работы гена, когда на участке ДНК по принципу комплементарности синтезируется матричная РНК. Сигнал к этому возникает, когда промотор узнается ферментом РНК-полимеразой. Энхансер — это умножитель работы гена, последовательность нуклеотидов, которая может располагаться вовсе не рядом с геном, а где-то довольно далеко. Но, действуя через определенные белки, энхансер может в несколько раз увеличить транскрипцию того или иного гена.

Определить расположение в геноме этих регуляторов — промоторов и энхансеров — очень сложная задача, которая может быть решена только усилиями большого консорциума. Эта задача и решалась в программе Fantom. Например, ученые из Института Рослина Эдинбургского университета создали атлас регуляторов генной активности при развитии мышц и костей.

Исследователи использовали специальную технику под названием Cap Analysis of Gene Expression (CAGE), созданную в центре RIKEN. Она позволила проследить за активностью промоторов и энхансеров более чем в 180 типах клеток человека.

Ученым удалось идентифицировать в геноме 180 тыс. промоторов и 44 тыс. энхансеров.

Они нашли, что регуляция транскрипции в очень большой степени специфична для каждого типа клеток.

Российские ученые в Fantom

В консорциум проекта Fantom 5 входит команда российских биоинформатиков из Института общей генетики РАН. Об этой работе «Газете.Ru» рассказал доктор физико-математических наук Всеволод Макеев, заведующий отделом ИОГен РАН, координатор российской группы.

— Как давно вы участвуете в проекте?
— Мы присоединились к консорциуму Fantom в 2011 году, на этапе Fantom 5. Когда стало возможно получать данные для большого количества тканей, руководители проекта привлекли биоинформатиков со всего мира. Получая доступ к уникальным данным до того, как они будут опубликованы, биоинформатики, в свою очередь, предлагали методы обработки данных и идеи, которые можно проверить этими методами.

— Как организована ваша работа?
— Все данные лежат на серверах, мы их скачиваем и анализируем, и это можно делать, находясь в Москве.

Мы используем для этого мощные компьютеры на факультете биоинженерии и биоинформатики МГУ и у себя в ИОГене.

— А какие конкретные задачи перед вами стояли?
— Мы исследовали активность регуляторных участков генома и белков — транскрипционных факторов, которые с этими белками взаимодействуют. Над этим работали пять групп, причем это большая часть всех исследовательских групп в мире, которые решают эти задачи. В результате удалось составить атлас активности регуляторных белков в разных клетках — это около 1500 белков. Но районы, в которых они взаимодействуют с ДНК, известны пока менее чем для половины регуляторов. Удалось также выявить роль химического изменения ДНК, так называемого метилирования, в связывании регуляторных белков с ДНК.

— Как шло развитие исследований от первого к пятому Fantom? И на каких объектах работали ученые?
— С 2000 года по крайней мере три раза менялась технология, и новые методы позволяли проводить все более широкие и точные исследования. А что касается объектов, изначально это была мышь, и буква «М» в аббревиатуре означала Mouse.

Сейчас это мышь и человек

— Чем отличается проект Fantom от проекта Encode, результаты которого не так давно были опубликованы?
— Главным образом тем, что мы анализировали не раковые линии, а нормальные клетки. С раковыми линиями проще работать, но они не всегда хорошо отражают процессы в нормальных клетках. Такой широкий анализ клеток нормальных тканей не проводился еще никогда. Благодаря этому появилась возможность понять, почему клетки тканей имеют такой клеточный тип, какой они имеют. Это важно и для регенеративной клеточной медицины — понять, как устроена дифференцировка клеток в тканях. И вообще это фундаментальный вопрос биологии.

— Есть ли уже понимание, почему клетки становятся разными и как работает геном?
— Сейчас мы более-менее понимаем, какие гены в каких клетках работают, причем это не обязательно гены, которые кодируют белки. Но более интересен вопрос, почему в какой-то ткани, допустим, включены 10 тыс. генов, а остальные не работают. Почему промоторы генов включаются и выключаются. Пока еще мы не понимаем этого настолько хорошо, чтобы мы могли этим процессом управлять, чтобы мы могли, скажем, конструировать регуляторные элементы, вставлять генно-инженерные последовательности в геном и говорить, что этот ген будет работать в таких-то тканях, а в таких-то тканях он работать не будет.

— А будет ли продолжение проекта?
— Да, сейчас опубликованы результаты первой стадии Fantom 5, а результаты второй стадии, вероятно, будут опубликованы в 2015 году. Обсуждаются и возможности дальнейшего продолжения проекта.

Осталось понять, как самолет летает

«Мы являемся многоклеточными организмами, состоящими по меньшей мере из 400 типов клеток. Это замечательное разнообразие типов клеток позволяет нам видеть, думать, слышать, двигаться и сопротивляться инфекциям, при этом вся эта информация закодирована в геноме, одном и том же у всех клеток. Различия между клетками состоят в том, какую именно часть генома они используют. Например, в клетках мозга используются гены, которые не используются в клетках печени, и поэтому мозг и печень работают по-разному.

В рамках проекта Fantom 5 мы впервые выяснили, какие именно гены используются в каждой из клеток человеческого тела и какие участки генома этим управляют», — сказал доктор Алистер Форрест, сотрудник центра RIKEN, научный координатор проекта Fantom 5.

Особенность проекта в том, что он направлен на изучение нормальных, здоровых клеток, так называемых первичных, не измененных генетически, не раковых. Чтобы понять, как работает геном, нужно делать это в здоровых клетках. Но в дальнейшем эти же методы позволят изучить генную активность и в патологических клетках у пациентов с самыми разными заболеваниями, чтобы понять механизм поломки на молекулярном уровне.

Профессор Дэвид Хьюм, директор Института Рослина Эдинбургского университета, используя аналогию с самолетом, сказал: «Мы сделали скачок в понимании того, как работают отдельные детали самолета. И узнали довольно много о том, как они взаимодействуют между собой, чтобы в конечном счете понять, как самолет летает».

Embryonic Stem Cells | Protocol (Translated to Russian)

15.6: Стволовые клетки эмбриона

Эмбриональные стволовые (ЭС) клетки — это недифференцированные плюрипотентные клетки, то есть они могут продуцировать любой тип клеток в организме. Это дает им огромный потенциал в науке и медицине, поскольку они могут генерировать определенные типы клеток для использования в исследованиях или для замены клеток организма, потерянных в результате повреждения или болезни.

Происхождение

ES-клетки присутствуют во внутренней клеточной массе эмбриона на стадии бластоцисты, которая наступает примерно через 3–5 дней после оплодотворения у человека до того, как эмбрион имплантируется в матку. ЭС клетки человека обычно получают из донорских эмбрионов, оставшихся после процесса экстракорпорального оплодотворения (ЭКО).

Клетки собирают и выращивают в культуре, где они могут делиться бесконечно — создавая линии ES-клеток. При определенных условиях ES-клетки могут дифференцироваться либо спонтанно на различные типы клеток, либо направленным образом с образованием желаемых типов клеток. Ученые могут контролировать, какие типы клеток генерируются, манипулируя условиями культивирования, такими как изменение поверхности чашки для культивирования или добавление определенных факторов роста в культуральную среду, а также путем генетической модификации клеток. С помощью этих методов исследователи смогли получить из ES-клеток многие специфические типы клеток, включая клетки крови, нервов, сердца, костей, печени и поджелудочной железы.

Регенеративная медицина

Регенеративная медицина касается создания живых, функциональных тканей для замены мертвых, больных или неисправных. Учитывая их способность дифференцироваться в любой тип клеток, клетки ES используются в регенеративной медицине. Хотя эта область все еще находится на ранних стадиях, несколько потенциально полезных типов клеток были произведены из клеток ES, и клинические исследования начали тестировать их безопасность и эффективность у пациентов. Некоторые первоначальные результаты были многообещающими, например, парализованные пациенты восстановили некоторое движение после получения клеток нервной системы, полученных из ES. Кроме того, клетки ES могут быть использованы для изучения ранних событий в развитии человека, что в противном случае трудно, и обеспечивает источник конкретных типов клеток, которые могут быть использованы в тестировании на наркотики и других научных исследований.

Литература для дополнительного чтения

Ilic, Dusko, and Caroline Ogilvie. “Concise Review: Human Embryonic Stem Cells—What Have We Done? What Are We Doing? Where Are We Going?” STEM CELLS 35, no. 1 (2017): 17–25. [Source]

О чем расскажут клетки крови? — Статья педиатра Детской поликлиники Литфонда

В крови содержатся различные типы клеток, выполняющих совершенно разные функции – от переноса кислорода до выработки защитного иммунитета. Для того, чтобы понимать, изменения формулы крови при различных заболеваниях, необходимо знать, какие функции выполняет каждый тип клеток.

Некоторые из этих клеток никогда в норме не покидают кровеносное русло, другие же для исполнения своего предназначения выходят в другие ткани организма, в которых обнаруживается воспаление или повреждение.

Клетки крови можно разделить на красные и белые – эритроциты и лейкоциты. Эритроциты всю свою жизнь – около 120 дней – циркулируют по кровеносным сосудам и переносят кислород и углекислый газ. Эритроциты составляют основную массу клеток крови. В процессе своего созревания они узко специализируются для выполнения своей самой главной функции – снабжение тканей организма кислородом и удаление углекислого газа.

Для этого они теряют все «лишние» клеточные элементы, приобретают специальную вогнутую форму, позволяющую им проникать в самые мелкие и изогнутые капилляры, и заполняют свою цитоплазму молекулами гемоглобина, способного обратимо связывать кислород. При различных заболеваниях может изменяться как форма, размер, количество эритроцитов, так и уровень гемоглобина. Для постановки правильного диагноза иногда приходится проводить дополнительные тесты, позволяющие выявить нарушения в строении мембраны эритроцита или наличие патологических форм гемоглобина.

Лейкоциты – белые клетки крови – борются с инфекциями и переваривают остатки разрушенных клеток, выходя для этого через стенки небольших кровеносных сосудов в ткани. Лейкоциты делятся на три главные группы: гранулоциты, моноциты и лимфоциты.

Среди гранулоцитов есть нейтрофилы, эозинофилы и базофилы. Внутри гранулоцитов содержатся многочисленные пузырьки и гранулы с биологически-активным содержимым. Нейтрофилы захватывают, убивают и переваривают микроорганизмы бактерии. Базофилы выделяют гистамин, который вовлечен в реакции воспалительного ответа. Эозинофилы участвуют в разрушении паразитов и в аллергических реакциях.

Моноциты, вместе с нейтрофилами, являются главными «санитарами организма», так как их основная функция – удаление обломков старых, отживших, свое клеток, и инородных элементов. Для этого моноциты, выходя из кровеносного русла, становятся макрофагами, которые значительно больше по размерам и дольше живут, чем нейтрофилы.

Лимфоциты являются главными клетками, опосредующими иммунный ответ. Они представлены двумя главными классами:

1. B-лимфоциты производят антитела,
2. T-лимфоциты убивают клетки, инфицированные вирусом, и регулируют активность других лейкоцитов.

Кроме того, существуют лимфоциты – естественные (природные) киллеры, способные убивать опухолевые клетки.

Тромбоциты содержаться в крови в большом количестве. По своей сути, они не являются обычными целыми клетками, а представляют собой мелкие клеточные фрагменты, отделившиеся от гигантских клеток мегакариоцитов. Мегакариоциты не циркулируют в крови, а находятся в костном мозге, где от них и отделяются «клеточные пластинки» – тромбоциты. Тромбоциты способны прилипать к внутренней поверхности поврежденного сосуда, выступая в качестве организатора заплатки, помогая восстановить целостность сосудистой стенки в процессе свертывания крови.

Образование и созревание большинства клеток крови (гемопоэз) происходит у взрослого человека в костном мозге, где из уникальной стволовой клетки образуется все разнообразие кровяных клеток. Костный мозг в норме расположен в крупных костях скелета человека, таких как бедренная, тазовая кости, грудина и некоторые др. Однако клетки лимфоидной природы созревают вне костного мозга – в органах иммунной системы, которыми являются некоторые участки слизистой кишечника, тимус, миндалины, селезенка и лимфоузлы. Количество клеток каждого вида образуется в строгом соответствии с потребностями организма, для чего существует сложный контроль. Поэтому, изменения в формуле анализа крови имеют огромное диагностическое значение. Опытный доктор, анализируя количественные и качественные сдвиги в анализе периферической крови, способен понять, среди каких патологических состояний следует проводить диагностический поиск.

Запись на прием педиатра по телефону +7(495)150-60-03

Возврат к списку

В мозге нашли два новых типа клеток с неизвестной функцией

Казалось бы, современная наука уже вдоль и поперёк исследовала каждую клеточку организма млекопитающих, и никаких новых открытий в этой области биологии ожидать не стоит.

И всё же исследователи продолжают находить в организме даже целые неизвестные ранее органы. А такая сложнейшая структура как головной мозг, похоже, никогда не перестанет преподносить учёным сюрпризы.

На этот раз исследователи из Базельского университета в Швейцарии обнаружили в мозге мышей сразу два новых типа клеток.

Это вспомогательные клетки, относящиеся к нейроглии: структуре, которая защищает и поддерживает нейроны в головном и спинном мозге.

Похоже, эти неизвестные науке клетки влияют на то, как мозг адаптируется к новым условиям и регенерирует. Причём эти процессы поддерживаются даже во взрослом организме, сообщает ScienceAlert.

Новый тип клеток был обнаружен в субвентрикулярной зоне, которая расположена вдоль наполняемых жидкостью желудочков головного мозга.

Учёные исследовали мультипотентные стволовые клетки мозга – клетки, которые могут дать начало разным типам нервной ткани. Биологи обнаружили в них особый «переключатель». Его активация привела к тому, что спящие стволовые клетки в изученной зоне начали развиваться в глиальные клетки, включая те два типа, которые не были известны науке.

Исследователям ещё предстоит понять, какие функции эти клетки выполняют в работе головного мозга. Однако на данный момент у них есть несколько предположений.

Авторы исследования заметили, что при повреждении нейронов активировались оба новых типа клеток. Это может говорить о том, что неизвестные ранее глиальные клетки поддерживают нейропластичность и участвуют в восстановлении нервных структур.

К тому же один из типов неизвестных ранее клеток был обнаружен в необычном месте в мышином мозгу. Эти клетки находились скорее на стенках желудочков мозга, чем непосредственно в нервной ткани.

Такое расположение навело учёных на мысль, что новые клетки могут воспринимать и обрабатывать сигналы от отдалённых участков мозга. Однако, опять же, все эти предположения ещё только предстоит проверить в ходе дополнительных исследований.

Статья с описанием новых типов клеток вышла в престижном научном издании Science.

Ранее мы сообщали о создании новой методики омоложения мозга и о том, как человеческий мозг компенсирует отсутствие целого полушария. Также мы писали о том, что определённые тренировки помогают улучшить нейропластичность.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

Открытие новых типов клеток по одному | Био 2.0

Из одной зиготы человеческое тело вырастает до 37 триллионов клеток. По приблизительным оценкам, количество различных типов клеток в организме человека составляет около 200, что кажется низким, учитывая разнообразие и специализацию нашего тела. Многие типы клеток, вероятно, невозможно отличить по простой морфологии. Что, если бы вы хотели выяснить все типы клеток в популяции клеток? Для этого вам нужно будет посмотреть на характеристики многих ячеек по отдельности.

Недавняя работа лаборатории Стивена МакКэрролла в Гарвардской медицинской школе и Института Броуда поразительным образом решила эту проблему. Исследователи разработали методику, называемую drop-seq, которая сортирует отдельные клетки и исследует их мРНК, чтобы определить профиль экспрессии генов клетки. МРНК, присутствующая в каждой клетке, дает представление о генах, которые экспрессируются и важны для этой клетки. Это хороший способ охарактеризовать клетки; разные типы должны экспрессировать разные гены и, таким образом, накапливать разные мРНК.Намного легче измерить мРНК клетки, чем, скажем, уровень белка, потому что мы очень хорошо умеем анализировать аминокислотные последовательности.

Для выполнения этой сложной задачи команда использовала микрожидкостное устройство, которое принимает 3 разных жидкости. Первый представляет собой буфер на водной основе, несущий клетки, собранные из клеточной культуры или тканей и диссоциированные до тех пор, пока они не превратятся в одноклеточную суспензию. Вторая жидкость — масло. Поскольку масло и водные растворы не могут смешиваться, масло образует отдельные маленькие капельки из буфера, содержащего клетки.Конечная жидкость представляет собой буфер для лизиса клеток на водной основе, который содержит особые микрогранулы с отходящими от них хвостами аминокислотных цепей. Цепи могут связываться с мРНК, и каждая из них имеет штрих-код с буквами As, Ts, Cs и Gs для идентификации микрогранул, из которых она произошла. Все жидкости закачиваются одновременно в надежде, что одна ячейка и один микрошарик окажутся вместе в одной и той же капле, созданной потоком масла.

Исследователи закачивают раствор бусинок и клеток друг в друга и проталкивают его через масло, объединяя одну клетку и одну бусину в каждой капле.Это очень хорошо показано на рисунке справа. Затем клетки лизируются буфером для лизиса, и мРНК этих клеток быстро связывается с шариками в этой капле. Затем капельки разбиваются, и все шарики объединяются. Отсюда исследователи используют обратную транскриптазу для создания кДНК из мРНК, прикрепленных к штрих-кодам микрогранул. Эта кДНК будет иметь последовательность гена, из которого произошла мРНК, и штрих-код от конкретного микробуса. После этого они использовали сложные алгоритмы для анализа всех последовательностей кДНК, определения, из какой клетки была получена последовательность, и создания профилей генов для каждой клетки.В целом это сообщает нам о точной экспрессии генов в каждой из тысяч клеток.

## && ##

# A&A&A

Команда провела относительно простой эксперимент, чтобы доказать, что этот метод будет работать в больших масштабах. Они смешали фибробласты человека и фибробласты мыши в культуре и пропустили смесь методом drop-seq. Они обнаружили, что почти каждая клетка, которую они профилировали, экспрессировала только гены человека или только гены мыши, как показано на рисунке слева.Это важный эксперимент, подтверждающий принцип действия, поскольку он показывает, что они могут использовать свою технику для правильной характеристики гетерогенного набора клеток. Некоторые капли (одна на рисунке) экспрессируют гены человека и мыши, потому что две клетки попали в каплю с микрогранулой. Это приводит к равномерному сочетанию генетической экспрессии мыши и человека. Даже самый лучший анализ отдельных клеток иногда может содержать дублеты. Однако, как видите, частота дублетов в drop-seq чрезвычайно мала, что делает эту технику очень сильной.

Уверенные, что они могут различать разные популяции, команда перешла к сложным тканям. Они выбрали сетчатку мыши, потому что она хорошо изучена и многие клетки охарактеризованы. Они изучили почти 45 тысяч клеток и успешно классифицировали их на 39 различных популяций на основе экспрессии генов. На рисунке ниже 39 различных популяций сгруппированы на основе их сходства в экспрессии генов. 39 популяций включали несколько ожидаемых классов, таких как фоторецепторы и ганглиозные клетки сетчатки.Кроме того, они обнаружили субпопуляции среди больших кластеров. Одним типом клеток с субпопуляциями были амакриновые клетки, разнообразная популяция в основном тормозящих интернейронов. Уже идентифицировано по крайней мере три типа амакринных клеток на основе выделяемых ими нейротрансмиттеров; с помощью drop-seq авторы проанализировали 21 различную субпопуляцию амакриновых клеток на основе экспрессии их генов. Данные об экспрессии генов позволили им идентифицировать маркеры или уникальные гены, экспрессируемые одним типом клеток, для маркировки каждой субпопуляции.

Drop-seq позволяет нам охарактеризовать и профилировать отдельные клетки из большой популяции, глядя на экспрессию генов каждой клетки. Хотя существует несколько методов сортировки и анализа сотен ячеек, сортировка и профилирование такого масштаба раньше не проводились. Подобные достижения важны, поскольку открытие и характеристика новых типов клеток помогает нам лучше понять тело. Этот метод может помочь объяснить очевидные несоответствия в однородных популяциях и заострить наше внимание при изучении больных клеток или тканей.Это также позволяет изучать гомогенные популяции клеток, рассматривая дискретные различия в генетической экспрессии во время определенных клеточных состояний, например, в разных точках клеточного цикла. С помощью подобных методов мы можем серьезно продвинуться в создании карты всех 37 триллионов клеток нашего тела, по одной за раз.

Ссылки:

http://sciencenetlinks.com/student-teacher-sheets/cells-your-body/

Bianconi, E., et al. Оценка количества клеток в организме человека.Annals of Human Biology, 40, 463-471 (2013)

Macosko, E.Z., et al. Профилирование экспрессии отдельных клеток с высокой параллельностью генома с использованием капель нанолитра. Cell, 161, 1202-1214 (2015).

Изображение предоставлено:

Все изображения дополнены рисунками в Macosko et al. документ, упомянутый выше.

Атлас клеток человека — для создания исчерпывающих справочных карт всех клеток человека — основных единиц жизни — в качестве основы как для понимания здоровья человека, так и для диагностики, мониторинга и лечения заболеваний.

Клетки — это основные единицы жизни, но мы еще не знаем все клетки человеческого тела. Без карт различных типов клеток, их молекулярных характеристик и того, где они расположены в организме, мы не сможем описать все их функции и понять сети, которые направляют их деятельность.

Атлас клеток человека — это международный совместный консорциум, который отображает типы клеток в здоровом организме на протяжении времени от развития до взрослой жизни и, в конечном итоге, до старости.Это грандиозное мероприятие, даже больше, чем проект «Геном человека», изменит наше понимание 37,2 триллиона клеток человеческого тела. Сейчас это возможно только благодаря глобальному сотрудничеству, технологическим и вычислительным прорывам и науке в больших масштабах.

Открытая глобальная инициатива, HCA была основана в 2016 году и выросла до более чем 2000 членов HCA из более чем 1000 институтов и 75 стран по всему миру. Объединяя международное сообщество биологов, клиницистов, технологов, физиков, ученых-вычислителей, инженеров-программистов и математиков, членство в HCA открыто для всего научного сообщества во всем мире — присоединяйтесь к нам здесь.HCA также стремится взаимодействовать с общественностью.

Используя передовую одноклеточную и пространственную геномику и вычислительные методы, исследователи HCA выявляют, какие из 20 000 генов в отдельной клетке включены, создавая уникальную «идентификационную карту» для каждого типа клеток. Это позволяет ученым открывать новые типы и функции клеток. С помощью дополнительных быстро развивающихся методов пространственного анализа ученые HCA наносят на карту эти отдельные клетки с точным расположением в органах и тканях и понимают их функции и отношения с их соседями.На данный момент существует более 80 научных публикаций HCA, и вы можете ознакомиться с нашим манифестом и Белой книгой с обзором проекта.

HCA стремится создать открытый, этичный, справедливый и представительный атлас человечества, который принесет пользу сообществам во всем мире. Данные HCA доступны на Платформе координации данных для исследователей со всего мира. Благодаря внедрению новых технологий для диагностики заболеваний и созданию возможностей для разработки новых методов лечения и достижений в регенеративной медицине, HCA, вероятно, будет способствовать большим преобразованиям в здравоохранении.

Коллекция очень подробных карт предоставит беспрецедентный ресурс для изучения здоровья и болезней. В то время как наше основное внимание уделяется здоровому телу, Атлас клеток человека уже дает представление о COVID-19, раке, муковисцидозе, сердечных заболеваниях и многом другом.

10.3: Клетки и ткани человека

Группы связанных клеток образуют ткани. Все клетки в ткани могут быть одного или нескольких типов. В любом случае клетки ткани работают вместе, чтобы выполнять определенную функцию.Существует четыре основных типа тканей человека: соединительная, эпителиальная, мышечная и нервная.

Соединительная ткань

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): изображение суммирует различные категории соединительных тканей, обнаруженных в организме человека. Соединительную ткань можно разделить на собственно соединительную ткань, хрящ, кость или кровь. Хрящ можно разделить на гиалиновый хрящ, эластичный хрящ или волокнистый хрящ. Собственно соединительную ткань можно разделить на рыхлую, плотную или волокнистую.Рыхлая соединительная ткань может быть классифицирована как ареолярная, жировая или ретикулярная. Плотную или волокнистую соединительную ткань можно разделить на регулярную, неправильную и эластичную.

Самая разнообразная и многочисленная из всех тканей, соединительная ткань скрепляет клетки и поддерживает тело. Соединительная ткань состоит из клеток, взвешенных в неклеточном матриксе . Матрикс (также известный как основное вещество) секретируется клетками соединительной ткани и определяет характеристики соединительной ткани.Именно консистенция матрицы определяет функцию соединительной ткани. Матрикс может быть жидким, гелеобразным или твердым, в зависимости от типа соединительной ткани. Например, внеклеточный матрикс кости — это жесткий минеральный каркас. Внеклеточный матрикс крови — жидкая плазма. Соединительные ткани, такие как кость и хрящ, обычно образуют структуру тела. Существует множество подтипов четырех основных типов тканей человеческого тела, см. Блок-схему на рисунке \ (\ PageIndex {5} \).Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Общие характеристики соединительной ткани. Матрица большинства соединительных тканей состоит из основного вещества и белковых волокон. В матрице подвешены клетки.

Собственная соединительная ткань

Клетки фибробластов отвечают за синтез белковых волокон для матрикса. Коллагеновые волокна прочные, эластичные волокна гибкие и ретикулярные волокна образуют поддерживающую основу для органов и базальных мембран.Есть две подкатегории собственно соединительной ткани.

Рыхлая соединительная ткань

Тонкая и мягкая ткань содержит множество коллагеновых и эластичных волокон в желеобразной матрице. Клетки рыхлой соединительной ткани не расположены близко друг к другу. Эта ткань связывает кожу с нижележащими структурами. Есть три типа рыхлой соединительной ткани.

1. Ареолярная соединительная ткань — распространенная форма рыхлой соединительной ткани.Он находится в коже и слизистых оболочках, где он связывает кожу или мембрану с подлежащими тканями, такими как мышцы. Он также находится вокруг кровеносных сосудов и внутренних органов, где связывает и поддерживает их.
2. Жировая соединительная ткань широко известна как жир. Эта ткань содержит жировые клетки, которые специализируются на хранении липидов. Эта ткань не только накапливает энергию, но и смягчает и защищает органы.
3. Ретикулярная соединительная ткань в основном состоит из волокон ретикулярного белка, которые составляют скелет, известный как строма, для лимфатических и белых кровяных телец.Этот тип ткани находится в селезенке и других структурах лимфатической системы.

Рисунок \ (\ PageIndex {7} \): Жировая соединительная ткань состоит из жировых клеток (адипоцитов с ядром и накопленными липидами в их цитоплазме) с небольшим количеством внеклеточного матрикса. Он накапливает жир для энергии и обеспечивает изоляцию. Рисунок \ (\ PageIndex {8} \): Ретикулярная соединительная ткань. Это рыхлая соединительная ткань, состоящая из сети ретикулярных волокон, которая обеспечивает поддерживающую основу для мягких органов

Собственно плотная соединительная ткань

Эта ткань состоит из трех категорий: плотная правильная соединительная ткань, плотная неправильная соединительная ткань и эластичная соединительная ткань.Эти ткани различаются расположением и составом волокнистых элементов внеклеточного матрикса.

1. Плотная регулярная соединительная ткань имеет внеклеточные волокна, которые проходят в одном направлении и в одной плоскости. Мышечные сухожилия представляют собой тип плотной регулярной соединительной ткани.
2. Плотная соединительная ткань неправильной формы содержит коллагеновые и эластические волокна, которые расположены во всех различных направлениях и плоскостях. Дерма кожи состоит из плотной соединительной ткани неправильной формы.
3. Эластичная соединительная ткань : Состоящая из свободно разветвляющихся эластичных волокон с фибробластами в промежутках между волокнами, эта ткань допускает растяжение, которое наблюдается в стенках артерий.

   Рисунок \ (\ PageIndex {9} \): (a) Плотная регулярная соединительная ткань состоит из коллагеновых волокон, собранных в параллельные пучки. (b) Плотная соединительная ткань неправильной формы состоит из волокон коллагена, сплетенных в сетчатую сеть.

Рисунок \ (\ PageIndex {10} \): Хрящ — это соединительная ткань, состоящая из коллагеновых волокон, заключенных в твердую матрицу из сульфатов хондроитина.(а) Гиалиновый хрящ имеет хондроциты в лакунах внутри матрикса. (b) Фиброхрящ содержит хондроциты в лакунах внутри волокон коллажа в матриксе. (c) Эластичный хрящ содержит хондроциты в лакунах внутри эластичных волокон в матриксе.

Хрящ

Эта соединительная ткань относительно прочная и не имеет сосудов (не имеет кровоснабжения). Матрикс производится клетками, называемыми хондробластами. Когда эти клетки замедляются, они располагаются в небольших пространствах, называемых лакунами.Эти зрелые клетки в лакунах называются хондроцитами. Существует три типа хрящей: гиалиновый хрящ, эластичный хрящ и волокнистый хрящ.

1. Гиалиновый хрящ является наиболее распространенным типом хряща, содержит много коллагеновых волокон и находится во многих местах, включая нос, между ребрами и грудиной, а также в кольцах трахеи.
2. Эластичный хрящ имеет множество эластичных волокон в матрице, поддерживает форму ушей и является частью гортани.
3. Фиброхрящ — прочный и содержит много коллагеновых волокон, он отвечает за амортизацию коленного сустава и за формирование дисков между позвонками.

Кость

Кость — это твердая минерализованная ткань скелета. Костный матрикс содержит множество коллагеновых волокон, а также неорганические минеральные соли, карбонат кальция и фосфат кальция, все особенности, которые делают его очень жесткой структурой. Костные клетки, называемые остеобластами , секретируют остеоидное вещество, которое в конечном итоге затвердевает вокруг клеток, образуя окостеневший матрикс.Остеон образует основную единицу компактной кости. Внутри остеона остеоциты (зрелые костные клетки) расположены в лакунах. Поскольку костный матрикс очень плотный, остеоциты получают питание из центрального канала через крошечные каналы, называемые канальцами.

Рисунок \ (\ PageIndex {11} \): изображение представляет собой микрофотографию, а также иллюстрацию поперечного сечения компактной костной ткани. Остеоны представляют собой концентрические структуры, состоящие из остеоцитов в лакунах и центральном (гаверсовском) канале.Небольшие туннели, canaliculi, соединяют остеоциты в разных слоях остеона.

Кровь

Кровь c считается жидкой соединительной тканью, потому что матрица крови не является твердой. Жидкая матрица называется плазмой, и сформированные элементы этой ткани включают лейкоциты, эритроциты и тромбоциты. Подробнее о составе и функции крови в сердечно-сосудистой системе читайте в главе.

Рисунок \ (\ PageIndex {12} \): показаны клетки и клеточные компоненты человеческой крови.Красные кровяные тельца доставляют кислород к клеткам и удаляют углекислый газ. Лейкоциты (включая нейтрофилы, моноциты, лимфоциты, эозинофилы и базофилы) участвуют в иммунном ответе. Тромбоциты образуют сгустки, предотвращающие потерю крови после травмы.

Эпителиальная ткань

Эпителиальная ткань состоит из клеток, выстилающих внутреннюю и внешнюю поверхности тела, такие как кожа и внутренняя поверхность пищеварительного тракта. Эпителиальная ткань, выстилающая внутренние поверхности тела и отверстия тела, называется слизистой оболочкой . Эпителиальная ткань этого типа производит слизи , слизистого вещества, которое покрывает слизистые оболочки и улавливает патогены, частицы и мусор. Эпителиальная ткань защищает тело и его внутренние органы, помимо слизи выделяет такие вещества, как гормоны, и поглощает такие вещества, как питательные вещества.

Классификация эпителиальных клеток

Большая часть эпителиальной ткани описывается под двумя названиями. Первое имя описывает количество присутствующих слоев ячеек, а второе описывает форму ячеек.Один слой эпителиальных клеток называется простым, а несколько слоев эпителиальных клеток — стратифицированными. Существует три основных формы эпителиальных клеток: плоскоклеточный, кубовидный и столбчатый. Плоскоклеточные клетки тонкие и плоские; кубовидные ячейки имеют форму куба; столбчатые ячейки имеют форму столба. Например, простая плоская эпителиальная ткань описывает один слой клеток, которые имеют плоскую и чешуйчатую форму.

Атлас клеток человека: международные усилия

Автор: Шерри Уорд, редактор AltTox Опубликовано: 31 октября 2016 г.

Международная группа известных исследователей встретилась в Лондоне 13-14 октября 2016 г., чтобы обсудить создание Атласа клеток человека.Но вы можете спросить, что такого особенного в новой базе данных, которая каталогизирует все типы клеток человеческого тела? Это большое дело, и вы можете прочитать почему!

Гетерогенность клеток человека

iStockphoto.com; используется с разрешения

Клетки являются основным строительным материалом для всех организмов. Различные типы клеток человека являются строительными блоками всех тканей и органов человека. Начиная с эмбриона, клетки делятся и начинают специализироваться на разных типах клеток, составляющих человеческое тело.Клетки человека микроскопичны, и их размер варьируется от 8 мкм эритроцита до 30 мкм клетки кожи и «огромной» яйцеклетки человека 130 мкм. Общее количество клеток в организме человека оценивается в 37,2 триллиона (3,72 x 10 ¹³ ) клеток (Bianconi et al., 2013).

Однако сложность оценки общего количества клеток в организме человека (Bianconi et al., 2013) затмевается еще большей сложностью идентификации всех различных типов клеток в организме человека.Общие оценки обычно относятся к 200-300 основным типам клеток. Каждый орган и ткань содержат несколько типов клеток или субпопуляций клеток, которые выглядят и ведут себя одинаково. Однако новые методы характеристики клеток показывают, что даже внутри того, что кажется однородной популяцией, существует большая изменчивость. Например, белая жировая ткань, которая «хранит запасы энергии в виде жира», больше не считается одним типом ткани из-за ее различных метаболических функций в разных местах (Esteve-Ràfols, 2013).Помимо клеток адипоцитов, жировая ткань также содержит стволовые клетки, преадипоциты, макрофаги, нейтрофилы, лимфоциты и эндотелиальные клетки. Подобное группирование клеток жировой ткани все еще является чрезмерным обобщением. Недавние исследования отдельных ячеек показывают, что «предположение, что все ячейки определенного« типа »идентичны», неверно. «Отдельные клетки в одной и той же популяции могут сильно отличаться, и эти различия могут иметь важные последствия для здоровья и функционирования всей популяции.”

Образцы клеток и тканей, используемые для определения профилей экспрессии генов в экспериментах с микрочипами, обычно состоят из нескольких типов клеток. Таким образом, «изменения, обнаруженные с помощью анализа дифференциальной экспрессии, могут отражать различия в пропорциях типов клеток между образцами, а не важные механистические изменения в экспрессии генов». (Цукерман и др., 2013). Решения включают: а) экспериментальное разделение клеток перед анализом микроматрицы, что требует много времени и не всегда эффективно; б) использование вычислительных методов для идентификации профиля экспрессии генов отдельных типов клеток в смеси, но эти методы обычно требуют идентификации присутствующих типов клеток и их относительных количеств, которые обычно неизвестны; и c) использование техники секвенирования одноклеточной матричной РНК (RNA-seq), которая «использует технологию секвенирования следующего поколения для секвенирования и идентификации каждого вида мРНК в образце.«RNA-seq — дорогостоящий, относительно новый метод, который не использовался широко до недавних государственных инициатив по финансированию анализа отдельных клеток.

Grün, et al. (2015) объясняют, что характеристика всех типов клеток органа необходима для полного понимания функции ткани или органа. Они обнаружили, что традиционные методы идентификации различных типов клеток с использованием информационной РНК или экспрессии белков нескольких маркерных генов неэффективны для идентификации редких или временных типов клеток.Используя технику RNA-seq и новый вычислительный алгоритм, они идентифицировали редкие типы кишечных клеток.

Кредит: Genome Research Limited

Одноклеточные транскриптомы (другой термин для RNA-seq) также были описаны для ряда других типов клеток, включая эндокринные клетки островков поджелудочной железы человека (Li et al., 2016), легких эпителий (Treutlein et al., 2014) и мозг (Zeisel et al., 2015; La Manno et al, 2016). Более того, с помощью этой передовой технологии к клеточному разнообразию «приближаются выводы о переменной и динамической активности путей, а не о фиксированной заранее запрограммированной иерархии типов клеток» (Jaitin et al., 2014). Наряду с улучшенными инструментами для одноклеточной РНК-seq появляются такие алгоритмы, как Mpath, которые используют информацию об экспрессии генов, «чтобы сделать вывод о прогрессии клеток по состоянию их предшественников… [для] построения как линейных, так и ветвящихся путей дифференцировки».

«Эта область находится в зачаточном состоянии», согласно объявлению о предстоящем симпозиуме Keystone 2017 года по Single Cell Omics .

NIH Single Cell Analysis Program

Недавние инициативы государственного финансирования стимулировали инновации и прогресс в изучении клеток на уровне отдельной клетки.В 2014 году Национальный институт здоровья США (NIH) выделил 7,9 миллиона долларов 25 проектам, изучающим различные аспекты анализа отдельных клеток в рамках Программы анализа отдельных клеток (SCAP).

SCAP был разработан как 5-летняя программа, финансируемая через Общий фонд NIH, который поддерживает программы, которые, как ожидается, окажут исключительно высокое воздействие. Программы Общего фонда предназначены «для устранения основных препятствий в биомедицинских исследованиях, которые препятствуют фундаментальным научным открытиям и их преобразованию в улучшение здоровья человека… [и] ожидается, что они изменят методы проведения широкого спектра медицинских исследований.”

Программа определила основные проблемы при определении степени неоднородности клеток человека и нацелена на финансирование этих областей. Таким образом, финансируемые предложения заключались в том, чтобы «решить серьезные проблемы, которые в настоящее время существуют в отношении систематического описания данного« состояния »клетки, определения нормальных вариаций от клетки к клетке, измерения воздействия возмущений окружающей среды, понимания клеточных реакций в более широком смысле. контекст тканей и сетей, а также преодоление ограничений в подходах к измерениям.Эти исследовательские задачи более подробно описаны в объявлении о возможностях финансирования «Исследования по оценке клеточной гетерогенности с использованием транскрипционного профилирования отдельных клеток». Семинары и встречи были поддержаны для развития междисциплинарного исследовательского сообщества по анализу отдельных клеток.

Картирование клеточного фенотипа, как и картирование генома человека, — это следующий рубеж в понимании клеточных основ функционирования организма.

«Инициативы, которые включают программы Общего фонда, призваны носить каталитический характер, поскольку они предусматривают ограниченные срочные инвестиции в стратегические области для стимулирования дальнейших исследований через механизмы [другого финансирования].Хотя новое финансирование в рамках SCAP закончилось, NIH продолжает финансировать исследования по анализу отдельных клеток в рамках других программ и в рамках новых проектов, таких как Проект точной медицины почек для «создания атласа почечной ткани, определения подгрупп заболеваний и определения критические клетки, пути и мишени для новых методов лечения ». Запрос на информацию в начале этого года, в котором запрашиваются мнения заинтересованных сторон по «предложению о новой программе Общего фонда, направленной на описание и понимание организации большого количества первичных клеток в тканях человека с использованием подходов с высокой пропускной способностью», предполагает увеличение финансирования исследований отдельных клеток. находится на рассмотрении.

Атлас клеток человека

Запуск нового международного сотрудничества по разработке «исчерпывающих справочных карт всех клеток человека» в форме Атласа клеток человека — последняя новость в области анализа отдельных клеток. Технологические достижения, подобные описанным выше, наряду с соответствующими программами финансирования, такими как SCAP, сделали возможными успехи в разработке Атласа клеток человека.

Атлас клеток человека будет больше, чем просто каталогом статических типов клеток. Он включает в себя решение тех же проблем при описании гетерогенности клеток человека, которые были инициированы SCAP, что объясняется на их веб-сайте следующим образом:

По своей сути атлас клеток будет представлять собой набор эталонных карт клеток, характеризующих каждую из тысяч клеток. типы в организме человека и где они находятся.Это был бы чрезвычайно ценный ресурс, который позволил бы мировому исследовательскому сообществу систематически изучать биологические изменения, связанные с различными заболеваниями, понимать, где гены, связанные с заболеванием, активны в нашем организме, анализировать молекулярные механизмы, которые управляют производством и активностью различных типов клеток. и выяснить, как разные типы клеток объединяются и работают вместе, образуя ткани. В частности, атлас клеток человека может:

• каталогизировать все типы и подтипы клеток в организме человека,
• отображать типы клеток с их местоположением в тканях и внутри тела,
• различать состояния клеток,
• захватывать ключевые характеристики клеток во время переходов, и
• прослеживают историю клеток через клон.

Разница между SCAP и Атласом клеток человека заключается, прежде всего, в сфере охвата и организации. Исследование SCAP можно рассматривать как пилотную фазу развития инициативы Human Cell Atlas, которая предлагает в течение 5 лет «создать подробный первый проект молекулярного атласа клеток человеческого тела» (Regev, 2016).

Встреча 13-14 октября 2016 года в Лондоне, организованная Институтом Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда, Wellcome Trust Sanger Institute и Wellcome Trust, собрала международную группу экспертов, «чтобы определиться с элементами первого этапа. инициативы Human Cell Atlas.

Их подход к разработке плана для первого этапа этой инициативы включал обсуждения, чтобы ответить на ряд вопросов «о том, как лучше всего создать черновой вариант Атласа клеток человека». Включенные вопросы:

• Каковы потенциальные преимущества атласа клеток человека?
• Каким должен быть атлас клеток человека?
• Где и как брать образцы для проекта?
• Какие технологии нам следует развернуть для генерации данных и какие технологии необходимо развивать дальше?
• Какие вычислительные стратегии лучше всего подходят для анализа данных?
• Как мы создаем и структурируем наш научный консорциум?
• Какие принципы должны лежать в основе нашей деятельности?
• Как следует обмениваться данными и распространять их?

Это была встреча по планированию, на которой участники обсудили, как решать эти вопросы, в том числе как структурировать консорциум инициативы.Их цель состояла в том, чтобы определить основу для разработки атласа клеток человека в рамках совместных международных усилий. Поскольку мы с нетерпением ждем результатов этой встречи, мы можем рассмотреть некоторые возможные последствия ее успеха.

Ожидаемое воздействие

Один из вопросов, заданных участниками октябрьского собрания, был:
Каковы потенциальные преимущества Атласа клеток человека? Например, какие виды новой науки может дать Атлас клеток человека и какие новые технологии он может запустить?

Руководители инициативы считают, что «Атлас клеток человека принесет немедленные, ощутимые и преобразующие преимущества… [и], вероятно, повлияет почти на все аспекты биологии и медицины, что приведет к более глубокому пониманию самых фундаментальных единиц и принципов жизни. .

Авив Регев из Института Броуда описал ожидаемое влияние инициативы Human Cell Atlas, сказав: «Мы считаем, что успешное описание всех клеток в здоровом человеческом теле повлияет почти на все аспекты биологии и медицины в ближайшие десятилетия. приехать »(Kelland, 2016).

Недавний Запрос информации Общего фонда содержит этот убедительный синопсис:

Благодаря характеристике функциональной истории клеток, морфологии, картированию клонов и молекулярной характеристики для разработки более подробных карт, у нас есть возможность определить основополагающие принципы, лежащие в основе клеточная организация в тканях человека, которая может привести к новому уровню понимания во многих научных областях, включая процессы развития и старения, возникновение патологических состояний и способы создания сложных функциональных тканей.

Не пора ли также начать рассмотрение потенциального воздействия этой инициативы на наше понимание токсикологии и способность прогнозировать токсичность для человека? Смогут ли прорывы в исследованиях, являющиеся результатом анализа отдельных клеток и Атласа клеток человека, обеспечить технологический прорыв, необходимый для преобразования наших методов прогнозирования токсичности для человека?

Мы приветствуем ваш серьезный и содержательный комментарий.

Атлас клеток человека | Институт Броуда

Исчерпывающий атлас клеток позволит каталогизировать все типы и даже подтипы клеток в организме, определить, где в организме они находятся, и даже различать различные стадии дифференцировки и состояния клеток, такие как активация иммунных клеток.Атлас также позволил бы исследователям составить карту клонов клеток, например, проследить весь путь эритроцита до происхождения стволовых клеток в костном мозге.

Атлас клеток может изменить наш подход к биомедицине. Это поможет идентифицировать маркеры и сигнатуры для различных заболеваний, выявить новые цели для терапевтического вмешательства и обеспечить прямое представление о биологии человека in vivo , устраняя искажающие аспекты клеточной культуры.

Широкие пресс-релизы и информационные сообщения

Начинается инициатива по созданию Международного атласа клеток человека
На международной встрече в г. Лондон на этой неделе.В конечном итоге Атлас клеток человека произведет революцию в том, как врачи и исследователи понимают, диагностируют и лечат болезни.

Международный Атлас клеток человека публикует стратегический план; объявляет данные из первого миллиона ячеек
Blueprint описывает путь вперед для каталогизации каждой клетки человеческого тела; публикация данных о ячейках, доступная исследовательскому сообществу.

Атлас клеток человека делает первые шаги к пониманию раннего развития человека.
Первые 250 000 онтогенетических клеток, секвенированные из различных тканей человека.

Исследователи публикуют генетические профили полумиллиона иммунных клеток человека на онлайн-портале Human Cell Atlas.
Перед публикацией исследователи собирают и делают необработанные данные общедоступными в предварительной версии Data Coordination Platform.

Исследователи открывают новый тип легочных клеток, что имеет решающее значение для муковисцидоза.
Всесторонний одноклеточный анализ клеток дыхательных путей у мышей, подтвержденный на тканях человека, выявляет молекулярные детали, критически важные для понимания болезни легких.

Одноклеточный атлас раскрывает основные строительные блоки язвенного колита.
Сотни тысяч клеток толстой кишки предлагают новые ключи к разгадке того, что идет не так при воспалительном заболевании кишечника и почему некоторые пациенты не реагируют на лекарства.

В СМИ

Атлантика: карты Google для человеческого тела
Группа ученых предприняла первые важные шаги к созданию Атласа клеток человека — полного перечня наших поразительно разнообразных клеток.

Природа: Как построить атлас клеток человека
Авив Регев — знаток жестких биологических анализов. Теперь она участвует в попытке нанести на карту каждую клетку человеческого тела.

Wired: Атлас клеток человека — последний грандиозный проект биологов
Цель состоит в том, чтобы создать массивную карту всего, что мы знаем о всех клетках человеческого тела, как геном человека сделал с ДНК.

NPR: Биологические картографы стремятся нанести на карту триллионы клеток в человеческом теле (радио)
Предпринимаются попытки создать новый атлас всех клеток человеческого тела и описать каждый тип клеток, используя все возможности инструменты современной генетической технологии.

СТАТИСТИКА : клетки — это строительные блоки жизни. Ученые составляют карту, чтобы понять их. (видео)
Атлас клеток человека — это международное сотрудничество ученых, занимающееся картированием всех клеток человеческого тела.

рецепторов для SARS-CoV-2, присутствующих в самых разных клетках человека

Когда вирус SARS-CoV-2 попадает в организм человека, он проникает в клетки с помощью двух белков, которые он там находит, ACE2 и TMPRSS2.В то время как вирусная инфекция в клетках кишечника и легких широко обсуждалась, исследователи копались в массивных наборах данных по экспрессии генов, чтобы показать, что другие потенциальные клетки-мишени, также продуцирующие ACE2 и TMPRSS2, разбросаны по всему телу, в том числе в сердце, мочевом пузыре, поджелудочной железе и т. Д. почки и нос. Есть даже в глазу и в мозгу.

Результаты, опубликованные в препринте bioRxiv 21 апреля, показывают, что таких клеток поразительно много. Многие из них представляют собой эпителиальные клетки, выстилающие внешнюю поверхность органов.Новые результаты дополняют формирующуюся картину SARS-CoV-2 как вируса, который может нацеливаться на клетки во многих местах человеческого тела, а не на конкретный орган или часть дыхательных путей.

Кардиолог Франк Рушицка из Университетской клиники Цюриха и его коллеги отдельно опубликовали письмо в журнале The Lancet 17 апреля, в котором они описали, как вирусные частицы были обнаружены в эндотелии сосудов, тонком слое клеток, выстилающих кровеносные сосуды в различных органах. тела, например.

«Это не просто вирусная пневмония», — говорит Рушицка, не участвовавший в последнем исследовании, The Scientist , имея в виду COVID-19. «Это заболевание, которого мы никогда раньше не видели — это не грипп, он поражает сосуды по всему телу, он также поражает сердце».

См. «Подсказка об исчезновении запаха и вкуса COVID-19 может поражать нервную систему» ​​

Чтобы определить местонахождение клеток, несущих ACE2 и TMPRSS2, исследователи препринта обратились к Атласу клеток человека, проекту, который позволил ученым объединиться данные о клетках человека с 2016 года.

Изучив записи секвенирования отдельных клеток примерно 1,2 миллиона отдельных клеток из образцов тканей человека, команда смогла выяснить, какие из этих клеток продуцируют и ACE2, и TMPRSS2, и отметить их расположение в организме. В анализе использовались 16 неопубликованных наборов данных о клетках легких и дыхательных путей и 91 опубликованный набор данных по ряду органов человека.

Соавтор Кристоф Муус, аспирант Гарвардского университета и Института Броуда, объясняет, что, хотя данные показывают, что клетки во многих частях тела вырабатывают рецепторы SARS-CoV-2, нет уверенности в том, что вирус может заразить все эти ткани. .

«Экспрессия рецептора — необходимое условие, но не обязательно достаточное», — говорит он. Например, потенциальные клетки-мишени были обнаружены в семенниках, но ученые до сих пор не знают, инфицируется ли SARS-CoV-2 и размножается ли в этой части тела.

Джереми Камил, вирусолог из Университета здравоохранения в Шривпорте Луизианы, говорит, что препринт содержит важные сведения о человеческом теле, которые могут помочь ученым понять, как SARS-CoV-2 заражает хозяев. Он добавляет, что, обнаружив фрагменты вирусного белка в образцах тканей пациентов, умерших из-за COVID-19, ученые смогут установить, какие органы являются подлинными очагами инфекции.

«Я бы сказал, что эта статья дает людям дорожную карту, где вы, возможно, захотите заглянуть в тело, чтобы понять, куда идет этот вирус», — говорит он.

Одним из ограничений работы является то, что для различных наборов данных было доступно относительно мало метаданных о людях, которые пожертвовали образцы тканей, хотя информация о возрасте и поле была включена во многие. Например, исследователи не знают, была ли в данных предвзятость по этническому признаку, были ли пациенты ранее существовавшими заболеваниями и принимали ли они какие-либо лекарства.Все это может повлиять на экспрессию генов в определенных клетках.

Статус курения был доступен для подмножества данных, и команда использовала его, чтобы показать, что курение коррелирует с большей экспрессией гена ACE2 в верхних дыхательных путях, но более низкой экспрессией в некоторых клетках легких. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять, влияет ли это на восприимчивость курильщиков к COVID-19. Данные из Китая показывают, что курильщики в 14 раз чаще заболевают тяжелой формой заболевания.

Некоторые исследователи из той же группы, использующие аналогичные данные, также недавно опубликовали статьи в Cell и Nature . В этих случаях исследователи сосредоточились на определенных группах клеток. В исследовании, опубликованном в Nature , изучались клетки, потенциально участвующие в передаче вируса, и было обнаружено, что эпителиальные клетки носа, в частности, были связаны с экспрессией ACE2 и TMPRSS2 . Авторы сообщают, что вирус может использовать клетки, которые выделяют жидкости в носовом проходе, что может способствовать его передаче от одного человека к другому в виде капель, выделяемых, например, при чихании.

Тем временем исследование Cell также обнаружило транскриптов ACE2 и TMPRSS2 в клетках носа, кишечника и легких, но исследователи также обнаружили, что белок интерферон активировал экспрессию ACE2 in vitro. Организм человека использует интерферон для борьбы с инфекциями, поэтому неясно, приносит ли белок общую пользу или вред пациентам с COVID-19.

Использование множества различных источников данных подтверждает достоверность выводов авторов препринтов, говорит Марта Гаглия, молекулярный биолог из Университета Тафтса.Она соглашается с исследователями, что обнаружение клеток, продуцирующих ACE2 и TMPRSS2, в различных частях тела не доказывает, что вирус всегда может инфицировать такие клетки.

«Я думаю, что в действительности большинство проблем исходит от легких», — добавляет она. Кроме того, хотя врачи, лечащие пациентов с COVID-19, могут обнаружить проблемы во многих органах, эти проблемы не обязательно могут быть вызваны непосредственно инфекцией SARS-CoV-2, говорит Гаглия. Например, проблемный ответ иммунной системы может повредить определенные ткани в организме как косвенное следствие вирусной инфекции.

Картирование клеток для построения полного атласа человеческого тела

B ОПИСАНИЕ состоит из клеток. Много их. Средний взрослый человек содержит около 37,2 трлн клеток, что в 100 раз больше, чем количество звезд в Млечном Пути. Ясно, что попытки нанести на карту расположение каждой из этих ячеек были бы тщетными. Но клетки не идентичны. Они делятся на множество типов, каждый из которых предназначен для решения различных задач. Нанесение на карту местоположения каждого из этих типов — более решаемая проблема.И это цель проекта Human Cell Atlas, в котором участвуют исследователи из 1029 институтов 71 страны мира. Работа над атласом началась в 2016 году, и его организаторы надеются завершить работу к концу этого десятилетия. Некоторые из участников представили отчет о ходе работы на встрече AAAS в Сиэтле.

Послушайте эту историю

Ваш браузер не поддерживает элемент

Больше аудио и подкастов на iOS или Android.

Как объяснил Авив Регев из Массачусетского технологического института, составление атласа стало возможным благодаря методике, называемой секвенированием транскриптома одной клетки.Это смотрит, клетка за раз, на молекулы-посланники, которые несут инструкции от ядра клетки к аппарату производства белка в ее цитоплазме. Эти мессенджеры создаются путем транскрипции генов в химическое вещество, подобное ДНК , , которое называется РНК . Все клетки организма имеют более или менее одинаковую ДНК . Что отличает их друг от друга, так это то, какие части этой ДНК активно транскрибируются и, следовательно, какие белки производятся. Это означает, что идентификация и подсчет РНК мессенджеров показывает, что это за клетка.

Одно из первых открытий, сделанных исследователями проекта, заключается в том, что существует гораздо больше типов клеток, чем предполагают учебники. Клетки человека имеют около 20 000 генов, кодирующих белок, и поэтому обладают 20 000 различных возможных мессенджеров. Доктор Регев объяснил, что один из способов классификации клеток состоит в том, чтобы создать график, содержащий 20 000 осей, каждая из которых соответствует активности гена, а затем нанести конкретные клетки в виде точек на этом графике. Ясно, что такой граф в физической форме был бы невозможен, но он может существовать и манипулировать им на компьютере.Распределение ячеек таким образом показывает, как они группируются вместе. Эти кластеры относятся к типам клеток.

Основываясь на внешнем виде клеток под микроскопом и их реакциях с химическими пятнами, которые делают их видимыми для микроскопии, первые гистологи выделили около 300 типов клеток в организме. Секвенирование одной клетки РНК умножает это число, показывая, что клетки, которые выглядят одинаково под микроскопом, часто оказываются химически отличными друг от друга. Он также обнаружил ранее неизвестные типы клеток, настолько редкие, что микроскопические исследования их не заметили.

Один из примеров, который привел доктор Регев, касается слизистой оболочки дыхательных путей легких. Образцы этой ткани, легочного эпителия, легче забрать перед смертью, чем многие другие, поэтому она была ранним кандидатом для исследования. Учебники предполагают, что в нем есть шесть типов клеток. РНК Анализ показал, что три из этих шести сами по себе можно разделить на три, и что есть также два второстепенных типа клеток, которые предыдущие исследователи не заметили. Это оказалось важным открытием, потому что в одном из второстепенных типов оказался активен ген, участвующий в муковисцидозе, смертельном наследственном заболевании легких.

Определив таким образом отдельные типы клеток, можно затем найти их в образцах тканей. Флуоресцентные химические вещества, прикрепленные к молекулярным меткам, которые будут прикрепляться только к определенным мессенджерам РНК , обнаруживают клетки, содержащие этих мессенджеров. Это позволяет создавать трехмерные карты, на которых наблюдатель может увеличивать масштаб, чтобы выявить все более мелкие уровни детализации, точно так же, как управление масштабированием работает на интернет-карте Земли.

Это значительно упрощает понимание микроскопических деталей анатомии.Шеннон Хьюз из Национального института рака Америки проиллюстрировала это на примере рака кожи. Опухоли являются особенно хорошими мишенями для секвенирования транскриптомов, потому что они вызваны генетическими мутациями, которые обнаруживаются в мессенджерах РНК . Это привело к параллельным усилиям по созданию Атласа клеток человека, Атласа опухолей человека, сети, специально посвященной изучению рака. И, как и слизистая оболочка легких, образцы кожи легко отбираются. Доктор Хьюз и ее коллеги смогли обнаружить предраковые клетки кожи (те, которые не имеют полного набора мутаций, необходимых для того, чтобы сделать их злокачественными), и наблюдать, как они уже привлекают внимание клеток иммунной системы, называемых T -лимфоцитами. , которые проникают сквозь ткань кожи, чтобы атаковать свои цели.

Керстин Мейер из Института Wellcome Sanger в Великобритании тем временем следила за публикацией полной карты органа, называемого тимусом. Впоследствии это было опубликовано 20 февраля в журнале Science, AAAS , в домашнем журнале,

.