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Cell | 博奥晶典单细胞项目文章揭示生命早期发育奥秘
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日前，博奥晶典 合作客户北京大学第三医院于洋老师课题组在 Cell 发表了其科研成果。 其中，单细胞测序数据分析由北京博奥晶典生物技术有限公司支持。 至此，博奥晶典已累计支持客户发表单细胞高分文章 12篇 ，影响因子 154.479分 ，是目前国内支持发文最多、累计影响因子最高的公司。 今天小编带大家一起详解这篇高分文章 单细胞测序研究小鼠胚胎及类囊胚发育 Generation of Blastocyst-like Structures from Mouse Embryonic and Adult Cell Cultures 发表期刊：Cell 影响因子：36.216 发表时间：2019年10月17日 研究背景 胚胎发育是哺乳动物个体形成过程中的起始环节，但由于其数量的稀缺性导致很难通过传统的技术进行研究。单细胞测序技术及胚胎体外重组技术的出现，使得人们逐渐揭开哺乳动物早期发育的神秘面纱。然而，单细胞测序技术发现的关键分子验证仍然需要大量的胚胎完成，而胚胎体外重组技术使用的两种类型细胞仅能够重现囊胚期之后的胚胎结构，无法探索早期发育的生物学现象。因此，是否可以利用干细胞构建早期发育的胚胎，更精准地模拟哺乳动物早期发育过程及分子机制目前尚无报道。 研究结果 1、利用EPS多能干细胞分化培养胚泡样结构 研究人员将分离的小鼠EPS细胞接种到微孔中（每个微孔5个细胞），形成小的聚集体。通过建立KSOM-ETS的条件培养基，同时联用小分子处理EPS细胞，获得与小鼠胚胎E3.5自然受精囊胚形态相似的类囊胚结构。进一步培养后，可以从单个EPS细胞中产生克隆性EPS囊胚。 E3.5小鼠囊胚有两种细胞系，即外滋养层（TE）和内细胞团（ICM）。通过免疫荧光实验验证类囊胚也有这两种早期胚泡谱系。 图1 EPS细胞培养分化为EPS囊胚 2、 EPS囊胚形成概述了植入前发育的关键过程 团队研究了在类囊胚的形成过程中，早期植入前发育的关键细胞和分子事件。在种植后的4h内，细胞之间连接松散，种植后18小时左右，细胞开始形成紧密的聚集体，种植后的第3天，75%细胞聚集物呈现PAR6富集的极化特征。证实了类囊胚的形成过程中发生了早期植入前发育的致密化及极化特征。 图2 类囊胚形成过程中细胞的致密和极化特征 3、单细胞测序分析类囊胚和自然受精囊胚在各个谱系中的异同 团队利用单细胞RNA测序技术，对类囊胚和自然受精囊胚中收集的2,700多个细胞进行了单细胞测序。分析显示，类囊胚和自然受精囊胚的细胞基本上重叠在一起。聚类后共分为7个细胞亚群，其中4个亚群由类囊胚和自然受精囊胚共享。 对差异表达基因进行功能注释发现，在类囊胚和自然受精囊胚之间的内细胞团ICM或外胚层EPI谱系鉴定出53个差异表达基因，这些差异表达基因富含与干细胞维持、繁殖和DNA甲基化相关的功能。在类囊胚和自然受精囊胚之间鉴定出67个差异表达基因，并且这些差异表达基因大多与囊泡运输和内吞有关。对于滋养外胚层TE谱系，在两个样本之间仅发现两个差异表达基因存在显著差异。 图3 单细胞测序分析类囊胚和自然受精囊胚差异 4、功能验证类囊胚是否能在子宫内发育成胎儿 研究团队将类囊胚移植到假孕小鼠的子宫中，在移植7.5 天后，自然受精囊胚移植小鼠和类囊胚移植小鼠的子宫内均形成蜕膜。荧光染色证实了类囊胚来源植入部位的血管具有通透性。几个类囊胚移植实验显示，7%成功植入并诱导蜕膜化。类囊胚产生的蜕膜有些与对照蜕膜相似，有些则小得多。 通过对类囊胚特异标记的td Tomato基因进行PCR分析及免疫组化分析，发现蜕膜组织含有来源于类囊胚的td Tomato阳性细胞。在移植后6.5、7.5和8.5天，类囊胚衍生蜕膜内形成了一些结构，这些结构与对照组相比发育迟缓或畸形。然而，在这些结构中依然可以检测到OCT4+、EOMES+和GATA4+细胞的存在。表明类囊胚可以在子宫内植入、触发蜕膜化并继续生长。 图4 类囊胚移植子宫后的功能验证 类囊胚包含受精囊胚中具备的三种原始细胞类型。单细胞转录组测序分析显示类囊胚与受精囊胚有相似的基因表达特征。进一步实验证明，类囊胚可以在体外发育成类似于早期植入后胚胎的结构。研究人员认为，通过进一步优化体系并结合基因编辑技术，能够获得功能更加完整的类囊胚，发育到形成不同器官原基的阶段，从而成为类器官的种子，可以用作器官移植的重要来源。 参考文献： 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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