Neue Methode verfolgt das Zellalter anhand der Chromatinzugänglichkeit zur Kartierung der Entwicklung

Das Verständnis davon, wie Zellen altern und sich entwickeln, war aufgrund von Einschränkungen bei der Verfolgung individueller Zellgeschichten bisher schwierig. Forscher haben nun EpiTrace entwickelt, eine bahnbrechende computergestützte Methode, die das zelluläre „mitotische Alter" bestimmt – im Wesentlichen zählt sie, wie viele Zellteilungen eine Zelle seit ihrem Ursprung durchlaufen hat.

Die Methode funktioniert, indem sie Chromatinzugänglichkeitsmuster an spezifischen genomischen Regionen analysiert, die als uhrwerkartige Loci bezeichnet werden. Diese Regionen zeigen vorhersagbare Veränderungen der DNA-Zugänglichkeit bei Zellteilungen, ähnlich wie sich die DNA-Methylierung mit dem Alter verändert. Die Forscher identifizierten über 126.000 solcher Loci im menschlichen Genom und entwickelten einen Algorithmus, der den Anteil geöffneter uhrwerkartiger Loci berechnet, um das zelluläre Alter zu schätzen.

Bei Tests an mehreren Datensätzen verfolgte EpiTrace erfolgreich die Zellentwicklung von menschlichen Embryonalstadien bis hin zu adulten Geweben. Die Methode zeigte eine starke Korrelation mit bekannten Entwicklungshierarchien und ergänzte bestehende Techniken wie RNA-Geschwindigkeit und mutationsbasiertes Abstammungs-Tracing. Wichtig ist, dass sie über verschiedene Spezies hinweg funktionierte, was darauf hindeutet, dass der zugrunde liegende Mechanismus evolutionär konserviert ist.

Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von der grundlegenden Entwicklungsbiologie bis zur klinischen Medizin. EpiTrace lieferte Erkenntnisse über die Bildung von Blutzellen, die Organentwicklung, die Tumorprogression, Immunreaktionen und die Gehirnentwicklung. Im Gegensatz zu früheren Methoden, die auf zellulärer Ähnlichkeit oder seltenen Mutationen beruhen, liefert EpiTrace ein direktes zeitliches Maß der Zellgeschichte.

Dieser Fortschritt könnte unser Verständnis von Alterung, Entwicklung und Krankheit grundlegend verändern, indem er Forschern eine molekulare Uhr zur Verfügung stellt, die auf der Ebene einzelner Zellen arbeitet und neue Wege für die Untersuchung der zellulären Evolution in Gesundheit und Krankheit eröffnet.