北理工團(tuán)隊(duì)首次構(gòu)建高分辨率人類三維數(shù)字原腸胚并在cell發(fā)表
發(fā)布日期：2024-04-25 供稿：生命學(xué)院 攝影：生命學(xué)院
編輯：肖雯 審核：周連景 閱讀次數(shù)：
4月23日,，北京理工大學(xué)生命學(xué)院肖振宇副教授、中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所王紅梅研究員,、于樂謙研究員、郭靖濤研究員等在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Cell發(fā)表文章《3D Reconstruction of a Gastrulating Human Embryo》,，基于芯片技術(shù)和三維動(dòng)畫重構(gòu)技術(shù)首次重構(gòu)高分辨率人類三維數(shù)字原腸胚,，填補(bǔ)原腸胚階段人類胚胎發(fā)育知識(shí)空白，為理解人類早期胚胎發(fā)育及相關(guān)疾病提供重要資料,，為改善不良妊娠結(jié)局奠定科學(xué)基礎(chǔ),。
原腸胚形成是細(xì)胞遷移、轉(zhuǎn)變形成復(fù)雜精妙的三維結(jié)構(gòu)的過程,。原腸胚形成奠定了成體中所有系統(tǒng)和器官不同細(xì)胞譜系及其功能基礎(chǔ)。然而,，當(dāng)前研究多依賴模式動(dòng)物和基于干細(xì)胞的胚胎模型研究,，在我國(guó)科學(xué)家季維智院士團(tuán)隊(duì)、王紅梅研究員團(tuán)隊(duì)以及彭廣敦研究員團(tuán)隊(duì)還有多家國(guó)外研究團(tuán)隊(duì)共同努力下,，猴原腸胚階段重要科學(xué)難題正逐漸被系統(tǒng)解析,，為研究人類原腸胚發(fā)育階段關(guān)鍵科學(xué)事件提供重要參考。然而,，若想了解人類原腸胚形成機(jī)制,，需回歸人胚胎本身。同時(shí)已有人類原腸胚相關(guān)組學(xué)研究由于缺乏空間定位信息,，難以精確界定細(xì)胞亞型和完整空間定位,。因此，系統(tǒng)性揭示人類原腸胚形成過程中的基本細(xì)胞,、分子特征以及空間位置是一項(xiàng)艱巨而獨(dú)特的挑戰(zhàn),，亟待科學(xué)家深入探索與攻克。
在本工作中,，借助3D重構(gòu)胚胎,，研究者發(fā)現(xiàn)中胚層很有可能在尚未遷出原條時(shí)就已經(jīng)發(fā)生了細(xì)胞命運(yùn)決定，分化為了軸向中胚層,、近軸中胚層,、中間中胚層和側(cè)板中胚層等譜系，并依據(jù)決定好的命運(yùn)遷移到相應(yīng)位置上,。同時(shí)發(fā)現(xiàn)在該時(shí)期人類胚胎尾部很可能存在一個(gè)和中部脊索類似的組織中心,，為窺探人類極早期胚胎發(fā)育打開了一扇全新的大門。
文章對(duì)CS8人類胚胎進(jìn)行62張的連續(xù)切片，進(jìn)行了Stereo-seq高分辨率的空間轉(zhuǎn)錄組研究,。三維重構(gòu)了人類CS8胚胎的3D模型,，并鑒定了關(guān)鍵位置的一系列細(xì)胞亞型。整體性地描繪了胚胎形態(tài),、細(xì)胞類群,、空間位置和轉(zhuǎn)錄組特征，闡述了原腸胚形成過程中細(xì)胞發(fā)育過程,、譜系軌跡變化和一系列調(diào)控活動(dòng),。開創(chuàng)性地發(fā)現(xiàn)了CS8時(shí)期的人類胚胎尾部很可能存在一個(gè)和中部脊索類似的信號(hào)源，為窺探人類極早期胚胎發(fā)育提供了重要窗口,。
在本研究中,，通過構(gòu)建完整的人類原腸胚3D模型，將單個(gè)細(xì)胞的空間信息與其基因表達(dá)相結(jié)合,，系統(tǒng)描繪了胚胎形態(tài),、細(xì)胞類群、空間位置和轉(zhuǎn)錄組特征,，準(zhǔn)確注釋了不同的細(xì)胞亞型,，證明了中胚層不同亞型先特化后遷移的假說、深度解析了重要胚外組織羊膜細(xì)胞發(fā)育過程和卵黃囊造血譜系特化,，同時(shí)針對(duì)原腸胚前-后,、背-腹、左-右體軸關(guān)鍵信號(hào)通路進(jìn)行解析,，提出胚胎尾部可能存在新的信號(hào)源和“組織者（organizer）”的觀點(diǎn),。這項(xiàng)研究不僅可以確定人類原腸胚形成過程的關(guān)鍵細(xì)胞和分子特征，還可以指導(dǎo)今后基于干細(xì)胞的人類胚胎模型的生成,。
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