Socialna ameba Dictyostelium discoideum je modelni organizem za preučevanje razvoja in celične komunikacije. V običajnih razmerah živi kot enocelični organizem, ob pomanjkanju hrane pa posamezne celice sprožijo usklajen razvojni proces, med katerim se združijo v večcelično strukturo. Tak prehod zahteva natančno časovno in prostorsko usklajenost med celicami, saj morajo te pravilno zaznavati signale iz okolja ter se nanje odzivati na podoben način.

O tem, kako se takšna usklajenost vzpostavi in ohranja, so pisali Lena Trnovec in prof. dr. Blaž Zupan z UL FRI ter sodelavci z Baylor College of Medicine v članku Early cAMP signaling orchestrates single-cell synchronicity throughout Dictyostelium development, objavljenem v reviji Communications Biology.

Raziskovalci so preučevali vlogo signalnih pulzov molekule cAMP, ki pri socialni amebi usmerjajo zgodnji razvoj in gibanje celic. Ugotovili so, da ti zgodnji signali ne vplivajo le na vidno oblikovanje večceličnih struktur, temveč tudi na podobnost notranjih stanj posameznih celic. Ko je bilo cAMP-signaliziranje moteno, so se celice razvijale bistveno manj usklajeno, tudi v primeru, ko je bil razvoj delno ponovno omogočen z drugo gensko spremembo.

Pomemben prispevek raziskave je računski pristop za merjenje sinhronosti na ravni posameznih celic. Avtorji so uporabili podatke enoceličnega sekvenciranja RNA in jih predstavili z metodami strojnega učenja, med drugim z univerzalnimi vektorskimi predstavitvami celic, ki omogočajo primerjavo kompleksnih izraznih profilov. Nato so s postopki za razvrščanje in prikaz celic, kot sta UMAP in Leidenovo gručenje, določili razvojne vzorce in tipe celic ter izračunali mero sinhronosti, ki pove, kako podobne so si celice v določenem trenutku razvoja.

Tak pristop omogoča, da razvojnih procesov ne opisujemo samo z opazovanjem mikroskopskih slik ali povprečnih vrednosti v populaciji, temveč kvantitativno primerjamo stanja tisočih posameznih celic. S tem lahko raziskovalci natančneje ugotovijo, kdaj se celice začnejo med seboj razlikovati, kdaj se ponovno uskladijo in kako na ta proces vplivajo genetske spremembe.

Raziskava zato prispeva k razumevanju osnovnih načel razvoja in celičnega usklajevanja, hkrati pa pokaže, kako lahko računalniške metode in strojno učenje razširijo analizo bioloških sistemov. Podobni pristopi so uporabni tudi pri drugih vprašanjih, kjer želimo razumeti prehode med celičnimi stanji, razvoj tkiv ali posledice motenj v signalnih poteh.

Slika: Graf prikazuje, kako usklajene so posamezne celice med razvojem, izmerjeno na podlagi podobnosti njihovih enoceličnih transkriptomov. Na vodoravni osi je čas razvoja, na navpični pa izračunana stopnja sinhronosti: višja vrednost pomeni, da so si celice v določenem trenutku bolj podobne. Pri divjem tipu AX4 sinhronost po začetnem padcu med stradanjem ponovno naraste, kar sovpada z začetkom cAMP-signaliziranja, nato pa ostane visoka. Pri sevih z motenim cAMP-signaliziranjem se takšna usklajenost ne vzpostavi oziroma se med razvojem zmanjšuje.

Več si lahko preberete tukaj:

Katoh-Kurasawa, M., Trnovec, L., Lehmann, P., Chen, R., Li, Y., Zupan, B. & Shaulsky, G. Early cAMP signaling orchestrates single-cell synchronicity throughout Dictyostelium development. Communications Biology 9, 543 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09806-5