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Cell | 博奧晶典單細(xì)胞項目文章揭示生命早期發(fā)育奧秘
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日前,博奧晶典 合作客戶北京大學(xué)第三醫(yī)院于洋老師課題組在 Cell 發(fā)表了其科研成果。 其中,單細(xì)胞測序數(shù)據(jù)分析由北京博奧晶典生物技術(shù)有限公司支持。 至此,博奧晶典已累計支持客戶發(fā)表單細(xì)胞高分文章 12篇 ,影響因子 154.479分 ,是目前國內(nèi)支持發(fā)文最多、累計影響因子最高的公司。 今天小編帶大家一起詳解這篇高分文章 單細(xì)胞測序研究小鼠胚胎及類囊胚發(fā)育 Generation of Blastocyst-like Structures from Mouse Embryonic and Adult Cell Cultures 發(fā)表期刊:Cell 影響因子:36.216 發(fā)表時間:2019年10月17日 研究背景 胚胎發(fā)育是哺乳動物個體形成過程中的起始環(huán)節(jié),但由于其數(shù)量的稀缺性導(dǎo)致很難通過傳統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)行研究。單細(xì)胞測序技術(shù)及胚胎體外重組技術(shù)的出現(xiàn),使得人們逐漸揭開哺乳動物早期發(fā)育的神秘面紗。然而,單細(xì)胞測序技術(shù)發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵分子驗證仍然需要大量的胚胎完成,而胚胎體外重組技術(shù)使用的兩種類型細(xì)胞僅能夠重現(xiàn)囊胚期之后的胚胎結(jié)構(gòu),無法探索早期發(fā)育的生物學(xué)現(xiàn)象。因此,是否可以利用干細(xì)胞構(gòu)建早期發(fā)育的胚胎,更精準(zhǔn)地模擬哺乳動物早期發(fā)育過程及分子機制目前尚無報道。 研究結(jié)果 1、利用EPS多能干細(xì)胞分化培養(yǎng)胚泡樣結(jié)構(gòu) 研究人員將分離的小鼠EPS細(xì)胞接種到微孔中(每個微孔5個細(xì)胞),形成小的聚集體。通過建立KSOM-ETS的條件培養(yǎng)基,同時聯(lián)用小分子處理EPS細(xì)胞,獲得與小鼠胚胎E3.5自然受精囊胚形態(tài)相似的類囊胚結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步培養(yǎng)后,可以從單個EPS細(xì)胞中產(chǎn)生克隆性EPS囊胚。 E3.5小鼠囊胚有兩種細(xì)胞系,即外滋養(yǎng)層(TE)和內(nèi)細(xì)胞團(ICM)。通過免疫熒光實驗驗證類囊胚也有這兩種早期胚泡譜系。 圖1 EPS細(xì)胞培養(yǎng)分化為EPS囊胚 2、 EPS囊胚形成概述了植入前發(fā)育的關(guān)鍵過程 團隊研究了在類囊胚的形成過程中,早期植入前發(fā)育的關(guān)鍵細(xì)胞和分子事件。在種植后的4h內(nèi),細(xì)胞之間連接松散,種植后18小時左右,細(xì)胞開始形成緊密的聚集體,種植后的第3天,75%細(xì)胞聚集物呈現(xiàn)PAR6富集的極化特征。證實了類囊胚的形成過程中發(fā)生了早期植入前發(fā)育的致密化及極化特征。 圖2 類囊胚形成過程中細(xì)胞的致密和極化特征 3、單細(xì)胞測序分析類囊胚和自然受精囊胚在各個譜系中的異同 團隊利用單細(xì)胞RNA測序技術(shù),對類囊胚和自然受精囊胚中收集的2,700多個細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞測序。分析顯示,類囊胚和自然受精囊胚的細(xì)胞基本上重疊在一起。聚類后共分為7個細(xì)胞亞群,其中4個亞群由類囊胚和自然受精囊胚共享。 對差異表達(dá)基因進(jìn)行功能注釋發(fā)現(xiàn),在類囊胚和自然受精囊胚之間的內(nèi)細(xì)胞團ICM或外胚層EPI譜系鑒定出53個差異表達(dá)基因,這些差異表達(dá)基因富含與干細(xì)胞維持、繁殖和DNA甲基化相關(guān)的功能。在類囊胚和自然受精囊胚之間鑒定出67個差異表達(dá)基因,并且這些差異表達(dá)基因大多與囊泡運輸和內(nèi)吞有關(guān)。對于滋養(yǎng)外胚層TE譜系,在兩個樣本之間僅發(fā)現(xiàn)兩個差異表達(dá)基因存在顯著差異。 圖3 單細(xì)胞測序分析類囊胚和自然受精囊胚差異 4、功能驗證類囊胚是否能在子宮內(nèi)發(fā)育成胎兒 研究團隊將類囊胚移植到假孕小鼠的子宮中,在移植7.5 天后,自然受精囊胚移植小鼠和類囊胚移植小鼠的子宮內(nèi)均形成蛻膜。熒光染色證實了類囊胚來源植入部位的血管具有通透性。幾個類囊胚移植實驗顯示,7%成功植入并誘導(dǎo)蛻膜化。類囊胚產(chǎn)生的蛻膜有些與對照蛻膜相似,有些則小得多。 通過對類囊胚特異標(biāo)記的td Tomato基因進(jìn)行PCR分析及免疫組化分析,發(fā)現(xiàn)蛻膜組織含有來源于類囊胚的td Tomato陽性細(xì)胞。在移植后6.5、7.5和8.5天,類囊胚衍生蛻膜內(nèi)形成了一些結(jié)構(gòu),這些結(jié)構(gòu)與對照組相比發(fā)育遲緩或畸形。然而,在這些結(jié)構(gòu)中依然可以檢測到OCT4+、EOMES+和GATA4+細(xì)胞的存在。表明類囊胚可以在子宮內(nèi)植入、觸發(fā)蛻膜化并繼續(xù)生長。 圖4 類囊胚移植子宮后的功能驗證 類囊胚包含受精囊胚中具備的三種原始細(xì)胞類型。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序分析顯示類囊胚與受精囊胚有相似的基因表達(dá)特征。進(jìn)一步實驗證明,類囊胚可以在體外發(fā)育成類似于早期植入后胚胎的結(jié)構(gòu)。研究人員認(rèn)為,通過進(jìn)一步優(yōu)化體系并結(jié)合基因編輯技術(shù),能夠獲得功能更加完整的類囊胚,發(fā)育到形成不同器官原基的階段,從而成為類器官的種子,可以用作器官移植的重要來源。 參考文獻(xiàn): Li R, Zhong C, Yu Y, et al. Generation of Blastocyst-like Structures from Mouse Embryonic and Adult Cell Cultures. Cell,2019, 179(3). |
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