초기 골격 지도는 인간의 뼈가 어떻게 형성되는지 보여줍니다.

인간 골격 발달에 대한 최초의 '청사진'은 골격이 어떻게 형성되는지 보여주고, 관절염 과정을 밝히고, 두개골과 뼈 성장에 영향을 미치는 조건과 관련된 세포를 강조합니다.

Wellcome Sanger Institute의 연구원과 협력자들은 최첨단 게놈 기술을 사용하여 골격 발달의 초기 단계에 관련된 모든 세포와 경로를 식별했습니다. 더 넓은 인간 세포 지도의 일부¹ (HCA) 프로젝트를 통해 이 자료는 현재 또는 미래의 치료 약물이 임신 중에 사용될 경우 골격 성장을 방해할 수 있는지 여부를 조사하는 데 사용될 수 있습니다.

이번 연구는 오늘(11월 20일)에 발표되었습니다. 자연연골이 두개골 상단을 제외하고 골격 전체에 걸쳐 뼈 발달을 위한 비계 역할을 하는 방법에 대한 명확한 그림을 보여줍니다. 연구팀은 두개골 형성에 중요한 모든 세포의 지도를 작성하고 어떻게 유전적 돌연변이로 인해 신생아 두개골의 부드러운 부분이 너무 일찍 융합되어 발달 중인 뇌의 성장을 제한할 수 있는지 조사했습니다. 미래에는 이러한 세포가 선천성 질환을 식별하고 치료하기 위한 진단 및 치료 표적으로 사용될 수 있습니다.

그들은 또한 성인이 되어 고관절 관절염이 발생할 위험이 증가하는 것과 관련이 있을 수 있는 초기 뼈 세포에서 활성화된 특정 유전자를 발견했습니다. 이에 비해 그들은 초기 연골 세포에 있는 다른 유전자가 아마도 연골 복구에서의 역할로 인해 무릎 관절염 발병 위험 증가와 관련이 있다고 제안합니다. 앞으로 이러한 다양한 세포를 더 연구하면 이러한 질환에 대한 새로운 치료법을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다.

전반적으로, 발달 중인 골격 지도는 뼈 발달에 대해 더 많이 이해하고 이것이 어린이와 성인에서 발생하는 이러한 조직에 영향을 미치는 상태에 어떻게 영향을 미치는지 이해하는 데 사용할 수 있는 무료로 사용할 수 있는 자원입니다.

이 논문은 인체에 대한 우리의 이해에 획기적인 도약을 나타내는 Nature Portfolio 저널의 40개 이상의 HCA 간행물 모음 중 하나입니다. 이러한 고도로 상호보완적인 연구는 인간 발달, 건강 및 질병 생물학의 핵심 측면을 밝혀 주었으며 중요한 분석 도구 및 기술의 개발로 이어졌으며, 이 모든 것은 인간 세포 지도 작성에 기여할 것입니다.¹.

어린이의 두개골은 한 살에서 두 살 사이에 완전히 굳어지고 융합됩니다. 이러한 발달 과정 이전에는 두개골에 아이가 태어난 후에도 뇌가 계속 성장할 수 있는 부드러운 부분이 있습니다. 어떤 경우에는 이러한 부드러운 부분이 너무 일찍 융합되어 뇌 확장을 방해하는 두개골조기유합증이라는 상태를 유발합니다.

영국에서는 일반적으로 수술을 통해 신속하게 치료되지만 치료하지 않고 방치하면 두개골에 압력이 가해져 학습 장애, 시력 문제 및 청력 상실로 이어질 수 있습니다.². 두개골조기유합증은 유전적 돌연변이와 연관되어 있지만, 지금까지 이러한 돌연변이가 인간의 어떤 세포를 파괴하는지 확인하는 것은 불가능했습니다.

골관절염(OA)은 영국에서 가장 흔한 형태의 관절염으로, 시간이 지남에 따라 엉덩이, 무릎 등의 관절이 통증을 느끼고 뻣뻣해지게 됩니다.³. 이는 관절 주위의 연골이라고 알려진 보호층이 부서지거나 닳았기 때문입니다.³. 결국 대부분의 경우 성인은 손상된 연골을 복구하기 위해 새로운 세포를 성장시킬 수 없기 때문에 대수술을 통해 관절을 교체해야 합니다.

새로운 최첨단 기술을 사용하여⁴Sanger Institute의 연구원들과 공동 연구자들은 임신 첫 삼 분기(5주에서 11주까지)의 골격 발달을 지도화했습니다.⁵ 공간 및 단일 세포 수준에서 임신 후. 이를 통해 그들은 빠르게 성장하는 조직에서 세포의 위치를 ​​포함하여 초기 발달 동안 뼈 성장과 관련된 모든 세포, 유전자 네트워크 및 상호 작용을 설명할 수 있었습니다.

단일 세포 지도는 연골 세포가 어떻게 먼저 성장하여 뼈 세포가 이후에 성장할 수 있는 발판 역할을 하는지를 보여줍니다. 팀은 두개골이라고 불리는 두개골 꼭대기를 제외한 골격의 모든 곳에서 이것이 어떻게 일어나는지 강조했습니다. 두개골 내에서 그들은 두개골 발달에 관여하는 새로운 유형의 초기 뼈 세포를 발견했습니다. 연구팀은 두개골조기유합증과 연관된 유전적 돌연변이가 어떻게 이러한 초기 뼈 세포를 파괴하여 너무 일찍 융합하게 하는지 조사했습니다.

연구진은 또한 고관절 골관절염 위험이 높은 것과 관련된 유전적 변이가 초기 뼈 세포 발달 및 그 하류 조절 인자에 관여하는 반면, 무릎 관절염 위험에 영향을 미치는 변이는 연골 형성과 관련되어 있음을 발견했습니다.

또한 팀은 골격 발달에 대한 약물의 영향을 조사하기 위해 지도책을 사용했습니다. 그들은 현재 임신 ​​중에 권장되지 않는 임상적으로 승인된 65개의 약물 목록을 작성하고 이러한 약물이 골격 발달을 방해할 수 있는 부분을 강조했습니다. 이 정보를 지도책에 포함함으로써 약물이 발달 중인 인간에게 미칠 수 있는 영향을 강조하고 치료법이 임신 중에 사용하기에 안전한지 여부를 고려할 때 유익할 수 있습니다.

Wellcome Sanger Institute의 공동 제1저자인 Ken To 박사는 다음과 같이 말했습니다. "인간의 골격과 관절 발달 과정에서 함께 작용하는 셀 수 없이 많은 과정이 있으며, 우리 연구에서는 뼈의 형성 및 융합과 관련된 세포 유형과 메커니즘을 특성화했습니다. 이를 연구함으로써 우리는 두개골조기유합증과 같은 선천적 질환과 관련된 DNA 변종에 대한 맥락을 제공할 수 있었고, 궁극적으로 이 아틀라스를 사용하면 두 두개골의 상태를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 젊고 늙어가는 뼈 형성에 대한 이러한 '청사진'을 갖는 것은 또한 접시에서 뼈와 연골 세포를 성장시키는 효과적인 방법을 개발하는 데 도움이 될 수 있으며 이는 엄청난 치료 잠재력을 가지고 있습니다."

Wellcome Sanger Institute의 공동 제1저자인 Jan Patrick Pett 박사는 다음과 같이 말했습니다. "우리는 인간의 뼈가 어떻게 자라는지 이해하고, 성장하는 과정을 이해하는 데 막대한 잠재력을 가진 인간 골격의 발달 과정에 대한 최초의 다중 오믹 지도를 만들게 되어 기쁩니다. 이에 영향을 줄 수 있는 조건을 치료함으로써 우리는 발달 과정이 어떻게 규제되는지에 대한 통합된 시각을 생성하는 데 사용했던 새로운 계산 분석을 가능하게 했습니다. 형태와 방법 이는 골관절염과 같은 질환에 영향을 미치며 향후 새로운 치료법을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다."

Human Cell Atlas의 공동 창립자이자 이전에 Wellcome Sanger Institute의 선임 저자(현재는 케임브리지 대학의 캠브리지 줄기 세포 연구소에 기반을 두고 있음)의 수석 저자인 Sarah Teichmann 교수는 다음과 같이 말했습니다. , 뼈 및 첫 번째 삼 분기의 공동 발달에 대해 처음으로 함께 관련된 세포와 경로를 자세히 설명하는 이 지도책은 최첨단 공간 기술과 유전자 분석을 결합하고 전 세계 연구 커뮤니티에서 사용할 수 있습니다. 공간과 시간의 뼈 발달에 대한 연구는 전체 Human Cell Atlas 이니셔티브를 발달, 건강 및 질병 전반에 걸쳐 인체에서 일어나는 일을 완전히 이해하는 데 한 단계 더 가까이 가져오는 다른 연구와 조정됩니다."

무료로 사용할 수 있는 인간 골격 지도책은 여기에서 찾을 수 있습니다.

1. 이 연구는 인간 건강을 이해하고 질병을 진단, 모니터링 및 치료하기 위한 기초로 모든 인간 세포에 대한 포괄적인 참조 지도를 작성하는 국제 인간 세포 지도(HCA) 컨소시엄의 일부입니다. HCA는 인간 건강을 이해하고 질병을 진단, 모니터링 및 치료하기 위한 기초로서 생명의 기본 단위인 모든 인간 세포에 대한 포괄적인 참조 지도를 만드는 것을 임무로 하는 국제 협력 컨소시엄입니다. HCA 커뮤니티는 인체에 ​​대한 이정표인 Atlas를 만들기 위해 조직, 기관 및 시스템에 대한 고품질 Atlas를 제작하고 있습니다. 100개 이상의 국가에서 온 3,500명 이상의 HCA 회원이 전 세계 인류에게 혜택을 줄 수 있는 다양하고 접근 가능한 Atlas를 만들기 위해 협력하고 있습니다. 발견은 이미 진단에서 신약 발견에 이르기까지 의료 응용 분야에 정보를 제공하고 있으며, Human Cell Atlas는 생물학과 의료의 모든 측면에 영향을 미치고 궁극적으로 정밀 의학의 새로운 시대를 열 것입니다.
2. 두개골조기유합증, NHS. 이용 가능 장소:
3. 골관절염, NHS. 이용 가능 장소:
4. 이 아틀라스는 공간 전사체학과 336,000개 핵 방울의 단일 핵 전사 및 후생유전학적 프로파일링을 결합했습니다. 연구원들은 물방울 데이터에서 세포 라벨을 귀속시키고 이를 고해상도 시퀀싱 데이터 세트로 전송할 수 있는 새로운 도구인 ISS-Patcher를 개발했습니다. 이는 샘플에 존재하는 모든 세포, 세포의 위치, 주변 환경과 상호 작용하는 방식에 대한 정보를 제공합니다. 그들은 또한 OrganAxis라고 불리는 새로운 공간 전사체 주석 도구를 사용하여 발달 중인 두개골의 궤적을 매핑했습니다.
5. 연구진은 프랑스 INSERM 바이오뱅크와 케임브리지 대학교 임상신경과학부에서 제공한 임신 후 5~11주 사이에 인간 배아 사지와 두개골 조직을 분석했습니다.
6. 팀은 공간과 시간에 걸쳐 뼈와 관절 형성에 관여하는 유전자 조절 네트워크를 해독하고 세포 계통이 어떻게 발달하는지 매핑하기 위해 다중 공간 전사체학 방법을 RNA 및 DNA 시퀀싱과 결합했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241120121741.htm