Клетки постоянно «разговаривают» друг с другом с помощью молекулярных сигналов. Именно эти команды во многом определяют, кем станет клетка во время развития организма: частью сердца, кишечника, лёгких или другой ткани. Но восстановить эту цепочку задним числом трудно. Считалось, что разные типы клеток слишком по-разному реагируют на одни и те же сигналы.
Команда обнаружила, что всё-таки существует нечто похожее на общий язык. Активация основных сигнальных путей оставляет характерные изменения в работе множества генов, причём часть этих «отпечатков» сохраняется у разных типов клеток.
На этих данных исследователи обучили нейросетевую модель IRIS. Сначала клетки в лаборатории подвергали различным комбинациям сигналов и фиксировали изменения экспрессии генов. Затем модель научилась распознавать получившиеся паттерны и искать их уже в клетках живого организма.
IRIS проверили на данных более чем 40 типов клеток развивающихся мышиных эмбрионов. Модель смогла восстановить известную последовательность сигналов для нескольких линий развития, а затем предсказала ранее плохо изученный путь формирования мезенхимных клеток, участвующих в развитии лёгких. Это предсказание исследователи дополнительно проверили экспериментально.
Практический смысл работы выходит далеко за пределы реконструкции клеточного прошлого. Если мы лучше понимаем, какие сигналы и в какой последовательности превращают стволовую клетку в нужную специализированную, можно точнее выращивать клетки и ткани для исследований, создавать более реалистичные органоиды и изучать нарушения развития.
Получается почти детектив наоборот: увидеть клетку такой, какой она стала, — и по оставленным внутри неё следам восстановить, что с ней происходило раньше.
