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  • am8亚美娱乐网站 - 《自然》重磅:实在是太奇妙了!北大团队首次重构胚胎着床期分子动态规律,破解生命里程碑事件奥秘丨科学大
    2020-01-11 15:57:53  阅读量:4391  
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    摘要: 今日,《自然》杂志刊登了北大汤富酬课题组与乔杰课题组的最新研究成果,研究者们利用单细胞转录组学、dna甲基化组学和体外模拟胚胎着床方法,首次重构了人类胚胎着床过程中的分子规律,打开了这一关键发育阶段的黑匣子[1]。胚胎着床是哺乳动物胚胎发育过程中的里程碑事件,也是人类早期流产的重要原因之一。

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    am8亚美娱乐网站,中国科学家真是厉害了!

    今日,《自然》杂志刊登了北大汤富酬课题组与乔杰课题组的最新研究成果,研究者们利用单细胞转录组学、dna甲基化组学和体外模拟胚胎着床方法,首次重构了人类胚胎着床过程中的分子规律,打开了这一关键发育阶段的黑匣子[1]。

    胚胎着床是哺乳动物胚胎发育过程中的里程碑事件,也是人类早期流产的重要原因之一。因为着床发生在受精卵形成后一周左右,获得生理状态下的人类胚胎是非常困难的,而动物研究又有着不可跨越的物种差距,可以说着床期间的胚胎分子动态始终被一团迷雾笼罩着。

    这次研究者们成功在体外模拟了胚胎着床,系统分析了来自65个人类胚胎的八千多个体细胞,揭示了基因表达调控网络和dna甲基化动态变化,为研究早期人类胚胎发育提供了宝贵的数据,也为多能干细胞分化与发育研究提供了重要的线索。

    继上次解析胚胎早期基因组甲基化动态,该团队再次完成了一个世界首次,给他们点赞!

    太长不看划重点

    1、胚胎着床后不同谱系的细胞表现出独特的发育特征,多与胚胎形态发生和妊娠有关,表明胚胎准备与母体构建连接;

    2、胚胎着床期已经启动x染色体剂量平衡,雌性胚胎的父源/母源x染色体随机失活,同时x染色体表达上调,但并未达成与常染色体的剂量平衡;

    3、胚胎着床期不同谱系细胞具有独特的甲基化特征、甲基化水平与基因特征均有不同,说明在着床后甲基化参与调控关键基因转录,共同决定不同细胞谱系的发育过程。

    本次研究使用到的胚胎来自捐献,在体外培养系统中发育至12/14天,随后依据国际伦理学准则终止实验。发育期间,研究者对不同阶段的胚胎细胞进行了单细胞rna转录分析和dna甲基化分析。

    受精卵经多次卵裂形成具有特定结构的囊胚,由外滋养层细胞(te)和内细胞团(icm)组成。着床后,内细胞团进一步分化成具有多能性的上胚层(epi)和原始内胚层(pe),外滋养层细胞则发育成滋养外胚层。

    这就是今天这项研究主要分析的三种细胞谱系了。

    实验流程

    不同时期胚胎的形态学特征

    不同时期胚胎的免疫荧光图像

    不同谱系细胞的发育特征

    实验中,胚胎成功在体外培养系统中发育至12/14天,并表现出了特异性的着床后特征。利用已知细胞谱系标志物鉴定,显示胚胎基本维持了上胚层、原始内胚层和滋养外胚层三个主要的细胞谱系。

    转录组学数据显示,不同谱系细胞具有独特的基因表达特征,比如说上胚层细胞有明确的多能性转变,原始内胚层开始表达cd44等卵黄囊发育相关基因,滋养外胚层开始表达cgb家族等荷尔蒙相关基因。

    这些与形态发生和妊娠有关的基因表明,胚胎在着床这一阶段开始逐渐呈现出与母体连接的准备。

    此外,各细胞谱系的表达特征也与之前的食蟹猴研究有重合。

    各细胞谱系独特表达特征

    x染色体剂量平衡

    在发育过程中,由于不同性别胚胎含有的x染色体数量不同,为了平衡x染色体上基因表达产物的水平,机体会进行主动的调整。

    比如说,在雌性胚胎中,常存在单条x染色体失活的现象,以保证基因表达量与雄性胚胎一致;随后,为与常染色体平衡,性染色体表达量再次翻倍。

    研究者检测了多个阶段的胚胎,并且追踪了父母源等位基因的表达,发现在着床阶段,雌性胚胎中的父源/母源x染色体其一随机失活,同时x染色体表达上调已经开始,但是并未达到平衡。

    雌性胚胎x表达水平还未达到平衡

    不同细胞谱系dna甲基化动态

    根据dna甲基化特征,研究者把胚胎细胞大致分成4个主要群体,分别为囊胚期细胞、着床后的上胚层、着床后的原始内胚层和着床后的滋养外胚层。

    可以看出,在着床期前,主要的三个细胞谱系具有相似的甲基化模式,在着床后则各自获得了独特的甲基化特征。

    经过对比,研究者发现三个细胞谱系从头甲基化水平差异非常大。着床前后,上胚层dna甲基化水平从26.1%升高至60%,滋养外胚层从23.5%上升到46.3%,但是原始内胚层仅由27%上升至36.8%。

    研究者认为,这表明甲基化在特定细胞谱系的发育中有重要作用,它与基因组转录共同决定了细胞的发育潜能。

    不同细胞谱系甲基化动态差异很大

    看看美图放松一下

    研究者利用实验数据重新构建了着床前后胚胎发育的三维图像,下面是看图时间~

    发育第六天的三维图

    第十天

    第十天-纵向

    第十二天

    第十二天-纵向

    编辑神叨叨

    又是一个我说看懂也没看懂的研究……

    参考资料:

    [1]https://www.nature.com/articles/s41586-019-1500-0

    [2]nature | 汤富酬课题组携手乔杰课题组在nature在线发表论文

    本文作者 | 代丝雨