Cellernas släktträd avslöjar hur en kropp växer fram

Hur utvecklas en enda befruktad äggcell till en kropp med olika organ och vävnader? Med hjälp av en ny teknik har forskare kunnat kartlägga släktskapet mellan närmare 1,3 miljoner celler i ett musfoster, ända tillbaka till embryots allra första celldelning. Resultaten ger en ovanligt detaljerad bild av hur kroppens olika celltyper uppstår.

Allt börjar med en enda cell. Den delar sig i två, sedan fyra, åtta och så vidare. Efter hand börjar cellerna utvecklas i olika riktningar. Några blir blodceller, andra bildar hud, nervvävnad eller delar av ögat.

Men när börjar cellerna utvecklas i olika riktningar? Och hur hänger deras ursprung samman med de uppgifter de senare får?

Det har forskare vid bland annat University of Washington i USA undersökt genom att rekonstruera släktträdet för omkring 1,28 miljoner celler i ett musfoster. Kartläggningen omfattar de första 13,5 dagarna av fosterutvecklingen, från det befruktade ägget till en tidpunkt då många av kroppens organ håller på att bildas.

Studien har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Science.

Att kartlägga cellernas utveckling från det befruktade ägget är ingen enkel uppgift. Varje celldelning ger upphov till nya generationer av celler, som i sin tur delar sig och så småningom får olika funktioner. Hos enklare organismer, som den lilla rundmasken C. elegans, har forskare tidigare kunnat kartlägga hur enskilda celler bildas och utvecklas. Hos däggdjur är det betydligt svårare. Cellerna är många fler och utvecklingen sker inne i ett växande embryo.

Så kartlade forskarna cellernas släktskap

För att följa utvecklingen använde forskarna en teknik som kallas DNA Typewriter. Den gör det möjligt att lagra information om cellernas historia direkt i deras DNA.

Forskarna förde in en konstruerad DNA-sekvens i det befruktade musäggets arvsmassa. Under embryots utveckling uppstod sedan små genetiska förändringar i sekvensen, i en bestämd ordning. Förändringarna fördes vidare när cellerna delade sig.

Genom att analysera förändringarna kunde forskarna undersöka vilka celler som hade gemensamma förfäder och återskapa stora delar av deras släktträd, utan att behöva observera varje celldelning medan den pågick.

De två första cellerna fick olika många efterkommande

Redan vid den allra första celldelningen uppstod genetiska markeringar som gjorde det möjligt att skilja de två ursprungliga cellernas efterkommande åt. Forskarna kunde därmed härleda nästan samtliga undersökta celler till någon av dessa två första celler.

När forskarna jämförde de två cellernas efterkommande såg de att den ena hade gett upphov till fler än den andra. Trots skillnaden i antal hade båda bidragit till ungefär samma fördelning av olika celltyper.

De två första cellerna hade med andra ord inte utvecklats till varsin uppsättning vävnader. Bådas efterkommande fanns representerade bland många av embryots olika celltyper.

Olika celler specialiseras vid olika tidpunkter

Med hjälp av släktträdet kunde forskarna också undersöka när cellerna började utvecklas mot sina framtida uppgifter.

Tidigt i fosterutvecklingen har cellerna möjlighet att ge upphov till flera olika slags vävnader. Efter hand blir deras utveckling alltmer begränsad och de börjar specialisera sig.

Forskarna såg att detta skedde vid olika tidpunkter beroende på vilken vävnad cellerna skulle bilda. Utvecklingslinjerna för blodceller och celler i ögats näthinna började exempelvis avgränsas relativt tidigt, medan cellerna som bildar hudens yttersta lager fick sin mer bestämda utvecklingsinriktning senare.

Att olika vävnader utvecklas i olika takt är känt sedan tidigare. Men med den nya tekniken kunde forskarna undersöka förloppet genom att följa cellernas släktskap inom ett och samma embryo.

Kan ge ledtrådar om människans utveckling

I den aktuella studien har forskarna alltså undersökt musembryon, inte mänskliga embryon. Kartläggningen visar vilka celler som är släkt med varandra och när deras utvecklingsvägar börjar skiljas åt.

Kunskapen kan på sikt bli värdefull för att förstå vad som händer när fosterutvecklingen störs. Forskarna ser möjliga tillämpningar inom bland annat forskning om medfödda missbildningar, genetiska sjukdomar och cancer. Tekniken skulle också kunna användas inom stamcellsforskningen, där man försöker förstå hur omogna celler kan styras att utvecklas till olika celltyper.

Det är dock långt kvar till eventuella medicinska tillämpningar. Forskarna förde in registreringssystemet i 100 befruktade musägg, varav 78 fördes över till mottagarmöss. Vid dag 13,5 av fosterutvecklingen undersöktes tio embryon. Den detaljerade kartläggningen bygger på ett av dessa, där forskarna hade fått tillräckligt mycket information för att rekonstruera cellernas släktträd.

De omkring 1,28 miljoner cellerna motsvarar ungefär tio procent av embryots celler vid den tidpunkten. Det återstår att undersöka hur väl resultaten kan bekräftas i andra embryon.

Även om möss och människor skiljer sig åt bygger fosterutvecklingen på många gemensamma biologiska principer. Forskningen kan därför på sikt bidra till en bättre förståelse av hur människans organ och vävnader bildas – och vad som händer när utvecklingen inte går som den ska.

Publikation

Qi Yu, Haedong Kim, Sophie Seidel, James F. Acosta-Clark, Beth K. Martin, Kyle O’Connor, Riza M. Daza, Molly Gasperini, Jenny F. Nathans, Maggie Lam, Elena Gamo, Shruthi Vijay Kumar, Lauren Kuo, Jean-Benoît Lalanne, Kamen P. Simeonov, Marion Pepper, Cole Trapnell, Jesse M. Gray, Junhong Choi, Chengxiang Qiu, Jay Shendure. A DNA Typewriter records the cell lineage history of a mouse, from zygote to late organogenesis. Science, 2026; DOI: 10.1126/science.ael0508

Observera: Detta är populärvetenskaplig information och ersätter inte medicinsk rådgivning. Kontakta sjukvården vid frågor om din hälsa. Publicerat av Mikroskop Redaktion – läs våra redaktionella principer.

Önskade källor på Google

Se mer från Tidningen Mikroskop

Lägg till Tidningen Mikroskop som önskad källa.

Lägg till Mikroskop →