El registrador molecular de células individuales MitoScribe registra la dinámica de señalización graduada en el ADN mitocondrial.

Los registradores de ADN codificados genéticamente convierten eventos biológicos transitorios en mutaciones genómicas estables, lo que permite reconstruir estados celulares pasados. Sin embargo, los enfoques actuales para registrar eventos históricos mediante la modificación del ADN genómico tienen una capacidad limitada para registrar la magnitud de las señales biológicas dentro de las células individuales. En este trabajo, presentamos MitoScribe, una plataforma de registro basada en ADN mitocondrial (ADNmt) que utiliza editores de bases de ADNmt (DdCBE) para escribir señales biológicas graduadas en el ADNmt como sustituciones neutras de un solo nucleótido en un sitio definido. Aprovechando los cientos a miles de copias del genoma mitocondrial por célula, demostramos que MitoScribe permite mediciones reproducibles, altamente sensibles, no destructivas, duraderas y de alto rendimiento de señales moleculares, como la hipoxia, la actividad de NF-kappaB y la señalización de BMP y Wnt. Mostramos múltiples modos de operación, incluyendo registros multiplexados de dos señales independientes y la detección de coincidencias de señales que se solapan temporalmente. Al combinar MitoScribe con la secuenciación de ARN unicelular y el enriquecimiento de transcritos mitocondriales, reconstruimos aún más la dinámica de señalización a nivel del transcriptoma unicelular. Aplicando este enfoque durante la diferenciación dirigida de células madre pluripotentes inducidas (iPSC) humanas hacia el mesodermo, demostramos que la heterogeneidad temprana en respuesta a una señal de diferenciación predice el estado celular posterior. En conjunto, MitoScribe proporciona una plataforma escalable para el registro molecular de alta resolución en contextos celulares complejos.