每年，数百万父母共有9个月的梦想和期待，在学习孩子出生时就会出现绝望和恐惧;这是一个经常发生毁灭性的事件，影响全世界出生的20名儿童中的一名。我们的器官，四肢和面部的形成是数百万细胞精心编排的运动和行为的结果，就像一个剧团中的舞者一样。如果即使是一些细胞没有到达正确的位置并正确地完成其工作，最终的结果就是出生缺陷。然而，每个细胞如何在恰当的时间和地点知道该做什么在很大程度上是一个谜。

在科学期刊“自然”杂志上发表的一项新研究中，格拉德斯通研究所的一个研究小组与卢森堡大学的卢森堡系统生物医学中心(LCSB)合作，首次揭示了全系列的细胞。一起在胚胎形成的最早阶段做一颗心。他们还揭示了细胞是如何被控制的，以及一个基因中的突变如何通过影响组成器官的一小组细胞而产生灾难性后果。

先天性心脏缺陷是最常见和最致命的人类出生缺陷。由于一种称为单细胞RNA测序的强大新技术的出现，研究人员终于能够在心脏形成过程中辨别成千上万个细胞的作用，这对于确定基因突变如何导致疾病至关重要。

“通过基因组测序，我们现在可以更容易地找到我们认为会导致疾病的遗传变异，”领导该研究的Gladstone总裁兼高级研究员Deepak Srivastava博士表示。“最大的挑战是找出这种变体运作的特定细胞类型以及这些细胞是如何受到影响的。鉴于遗传变异仅影响器官中的一小部分细胞，这对出生缺陷特别困难。在单细胞技术方面，我们终于可以开始揭示我们了解遗传原因的缺陷背后的机制。“

Srivastava和他的团队编制的目录包含在心脏发育的不同阶段中活跃的所有基因，并识别可以在其中发现它们的细胞。它代表了在遗传变异体和特定细胞类型之间建立联系的第一步。

“这可以告诉我们，在许多其他事情中，哪些细胞亚群在心脏的特定区域发挥关键功能，哪些因素导致与基因突变相关的疾病的根本原因，”研究生Yvanka De Soysa解释道。在Srivastava的实验室和该研究的第一作者。

丰富的心脏发育数据来源

为了完成储存库，研究人员从心脏发育的小鼠模型中研究了近40,000个单独的心脏细胞。使这项研究成为可能的技术是单细胞RNA测序。这种复杂的方法在过去3年中仅以其当前形式商业化，使科学家能够同时捕获数千个单个细胞的数据。

“这种测序技术使我们能够看到心脏发育不同阶段存在的所有不同类型的细胞，并帮助我们确定哪些基因在此过程中被激活和抑制，”Gladstone的科学家，Cased A. Gifford博士说。是该论文的资深作者。“我们不仅能够发现未知细胞类型的存在，而且我们还能更好地了解单个细胞的功能和行为 - 这是我们以前无法获得的信息。”

一旦他们确定了涉及心脏发育的众多细胞类型，该团队就想要了解如何生成这些不同的细胞类型。为此，他们与LCSB的计算生物学家合作，他们专门研究使用单细胞RNA测序数据来揭示不同细胞类型的分子驱动因素。

“我们小组在开发计算模型以了解细胞转化方面有着悠久的历史，”LCSB计算生物学组负责人兼西班牙毕尔巴鄂CIC bioGUNE研究中心Ikerbasque研究教授Antonio Del Sol解释道。“我们拥有研究控制细胞身份的整个基因网络的专业知识。当我们加入该项目时，我们应用我们的方法预测 - 没有任何先验知识 - 哪些分子因素控制着这些不同心肌细胞的命运。 “