顱神經嵴細胞(CNCCs)這種幹細胞不僅形成了從魚到人類的所有脊椎動物的大部分頭骨和面部骨骼，而且還能生成從魚鰓到角膜的一切。為了了解這種多功能性，Gage Crump實驗室的科學家們隨着時間的推移創建了一系列圖譜，以此來了解CNCCs在正處於發育階段的條紋魚中致力於形成特定組織的分子決定。
他們的研究結果已發表在《Nature Communications》上，這可能會對正常的頭部發育以及顱面出生缺陷提供新的見解。
“長期以來，CNCCs因其能產生難以置信的細胞類型多樣性而令生物學家着迷，”南加州大學凱克醫學院幹細胞生物學和再生醫學教授Gage Crump說道，“通過在遺傳上具有可操作性的條紋魚中研究這一過程，我們已經確定了許多使CNCCs形成這些非常不同的細胞類型的潛在開關。”
在博士后Peter Fabian和博士生Kuo-Chang Tseng、Mathi Thiruppathy和Claire Arata的帶領下，該科學家團隊使用了一種紅色熒光蛋白永久標記CNCCs，這樣就可以在條紋魚的一生中對哪些細胞類型來自CNCCs展開追蹤。然後，他們使用一種強大的方法–單細胞基因組學–來確定全套的活性基因和成千上萬個單個CNCCs的DNA組織。由此產生的大量數據則需要科學家們開發一種新的計算工具來理解它。
Fabian表示：“我們創造了一種計算分析，我們稱之為‘星座’，因為該技術的最終視覺輸出讓人聯想到天空中的星星星座。跟占星術相比，我們的星座算法確實可以預測細胞的未來並揭示出可能控制其發展的關鍵基因。”
通過這種新的生物信息學方法，研究小組發現CNCCs在開始時並不具備製造巨大的細胞類型多樣性所需的所有信息。相反，只有在它們分散到整個胚胎之後才開始重組它們的遺傳物質，進而為成為特定組織做準備。“星座”準確地確定了指向CNCCs的這些特定命運的遺傳標誌。現實生活中的實驗證實，“星座”正確地指出了“FOX ”基因家族在面部軟骨形成中的作用以及“GATA”基因在允許魚類呼吸的鰓呼吸細胞類型的形成中的一種以前未被重視的功能。
Crump表示：“通過對脊椎動物細胞群進行迄今為止最全面的單細胞研究之一，我們不僅獲得了對脊椎動物頭部發育的重要見解而且還創造了一個廣泛有用的計算工具，用於研究整個身體器官系統的發育和再生。”