Создание четырёхмерного липидного атласа развития позвоночных

от

Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) создали первый четырёхмерный липидный атлас развития позвоночных. Этот атлас показывает, как жиры формируют наше тело от эмбриона до организма.

Роль липидов в развитии эмбриона

Мы часто думаем, что эмбриональное развитие — это своего рода генетический балет, полностью управляемый ДНК и белками. Но есть и другой участник, который незаметно формирует сцену: липиды. Эти молекулы жира не просто служат топливом; они играют структурную, сигнальную и даже формообразующую роль в развитии эмбрионов.

Несмотря на достижения в области геномики, мы до сих пор не до конца понимаем, как метаболизм организован в разных частях тела во время развития. Большая часть головоломки метаболизма — это липиды, которые сильно различаются по структуре и функциям, и их было сложно отобразить во всём организме как в высоком разрешении, так и во времени.

Преодоление ограничений предыдущих методов

Предыдущие методы предлагали лишь фрагментарные снимки, но без подробного атласа учёные не могли отслеживать, где и когда появляются определённые липиды в развивающемся организме. Это ограничивало нашу способность понимать не только основы биологии, но и то, как могут возникать метаболические нарушения или врождённые заболевания.

Команда исследователей из EPFL разработала новый вычислительный метод, который позволил им создать первую четырёхмерную липидную карту эмбриона позвоночного — в частности, эмбриона данио-рерио. «4D» означает отображение липидов в трёх измерениях пространства плюс четвёртое измерение — время, которое фиксирует, как изменяется распределение липидов по мере развития эмбриона.

Используя инновационное сочетание методов визуализации масс-спектрометрии и нового вычислительного фреймворка под названием uMAIA, они отследили более 100 типов липидов в пространстве и времени.

Методы и инструменты

Исследование проводилось под руководством профессоров Джоэле Ла Манно и Джованни Д’Анджело, работавших с группой Эндрю Оутса. Их статья опубликована в журнале Nature Methods.

Команда использовала метод, называемый MALDI масс-спектрометрией, для сканирования «срезов» эмбрионов данио-рерио на разных стадиях развития, что позволило им измерить, где разные липиды расположены в срезах тканей. Но обработка такого рода данных — непростая задача, поскольку каждый эмбрион данио-рерио генерирует огромные объёмы данных масс-спектрометрии, что создаёт практически неразрешимую головоломку.

Чтобы справиться с данными, команда разработала uMAIA (унифицированный анализатор массовых изображений), мощный алгоритм, который извлекает, выравнивает и нормализует данные в согласованные и точные карты. По сути, он превращает кучу зашумлённых данных в чёткое кино метаболического развития. uMAIA применяет адаптивное извлечение изображений, сопоставляя похожие молекулы на разных срезах и корректируя технический шум. В результате получается подробный атлас высокого разрешения, показывающий, как изменяется распределение липидов от раннего эмбриона до полноценной рыбы.

Результаты исследования

Команда обнаружила, что липиды образуют высокоорганизованные паттерны, соответствующие анатомическим структурам. Например, определённые сфинголипиды, которые важны для клеточных мембран и передачи сигналов, накапливались в плавательном пузыре — органе рыбы, аналогичном человеческим лёгким. Другие липиды концентрировались в развивающихся областях мозга или в местах формирования костей. Эти пространственные паттерны позволяют предположить, что липиды играют ключевую роль в формировании функций органов и их идентичности.

Знание того, где и когда появляются липиды, может помочь исследователям понять болезни развития, такие как врождённые метаболические нарушения. Это также может найти применение в регенеративной медицине или тканевой инженерии. А поскольку липидный обмен часто нарушается при таких заболеваниях, как рак или болезнь Альцгеймера, этот атлас предлагает базовую линию для сравнения.

«Из этих усилий возникает не только мощный ресурс, но и швейцарский нож для повторного выполнения такого картирования в других системах здоровья и болезней», — говорит профессор Ла Манно.

Предоставлено Федеральной политехнической школой Лозанны (EPFL)

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте