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Nature重磅 | 湯富酬/喬杰首次重建了人類植入的轉錄組和DNA甲基化組織景觀

來 源:iNature
發布時間:2019-08-22

胚胎植入是哺乳動物胚胎發生過程中的里程碑事件。植入失敗是人類早期妊娠失敗的重要原因。由于在體內胚胎植入后很難獲得人胚胎,目前尚不清楚基因調控網絡和表觀遺傳機制如何控制胚胎植入過程。

2019年8月21日,北京大學湯富酬及喬杰共同通訊在Nature在線發表題為“Reconstituting the transcriptome and DNA methylome landscapes of human implantation”的研究論文,該研究借助捐贈的人類胚胎和用于植入后胚胎的強大體外培養系統和單細胞多組學測序技術,該研究同時分析了基因表達網絡和譜系 - 單細胞分辨率下人類種植周圍胚胎的特定DNA甲基化模式。

通過結合植入后人類胚胎發育的體外培養系統和單細胞多組學測序技術,系統地分析了來自65個人類種植體周圍胚胎的8,000多個個體細胞。轉錄組數據顯示了上胚層,原始內胚層和滋養外胚層譜系的逐步植入途徑,表明在植入過程中正確建立母 - 子關系的穩健準備。總的來說,該研究工作提供了對調節人類胚胎植入的復雜分子機制的見解,并有助于推動未來對早期胚胎發育和生殖醫學的理解;

另外,2019年2月12日,北京大學未來基因診斷高精尖創新中心湯富酬課題組與北醫三院喬杰課題組繼續緊密合作,在Cell Reports雜志發表了題為“Single-Cell Transcriptome Analysis Maps the Developmental Track of the Human Heart”(利用單細胞轉錄組分析技術繪制人類心臟發育路線圖)的研究成果,對來自中胚層的另一重要器官——心臟進行了深入的發育細胞圖譜研究(點擊閱讀);

另外,2019年1月17日,中國科學院生物物理研究所劉光慧研究組、北京大學湯富酬研究組和中國科學院動物研究所曲靜研究組聯合攻關,在Cell Stem Cell 在線發表題為“FOXO3-engineered human ESC-derived vascular cells promote vascular protection and regeneration”的研究論文,該論文通過靶向編輯單個長壽基因產生了世界上首例遺傳增強的人類血管細胞。這些血管細胞與野生型血管細胞相比,不但能更高效地促進血管修復與再生,而且能有效抵抗細胞的致瘤性轉化。遺傳增強人類血管細胞的成功獲得為開展安全有效的臨床細胞治療提供了重要解決途徑(點擊閱讀)。

 

人類胚胎發育從受精卵開始,之后形成胚泡,其由外部滋養外胚層(TE)和內部細胞團組成。成熟的內細胞團由多能外胚層(EPI)組成,其由一層原始內胚層(PE;也稱為成纖維細胞)覆蓋。然后,EPI,PE和TE分別產生胚胎本體,卵黃囊和胎盤。在胚胎第6-7天(受精后),胚胎將植入子宮中以形成原腸胚,然后進行器官發生。

 

人類植入后胚胎的單細胞RNA測序轉錄組譜

由于在體內植入后早期獲得胚胎的限制,人類植入期間對不同譜系特異的轉錄組和DNA甲基化組的譜系規范和相應模式仍然知之甚少。在這項研究中,借助捐贈的人類胚胎和用于植入后胚胎的強大體外培養系統和單細胞多組學測序技術,研究人員同時分析了基因表達網絡和譜系 - 單細胞分辨率下人類種植周圍胚胎的特定DNA甲基化模式。

植入后階段的轉錄組動力學

對于該研究,通過結合植入后人類胚胎發育的體外培養系統和單細胞多組學測序技術,系統地分析了來自65個人類種植體周圍胚胎的8,000多個個體細胞。轉錄組數據顯示了上胚層,原始內胚層和滋養外胚層譜系的逐步植入途徑,表明在植入過程中正確建立母 - 子關系的穩健準備。

 

CNVs和植入過程中不同譜系之間的非同步X染色體失活

基于分析植入期間X染色體連鎖基因的親本等位基因特異性表達,雌性胚胎顯示隨機X染色體失活的啟動。值得注意的是,使用單細胞三聯體測序分析,顯示原始內胚層譜系細胞中基因組的重新甲基化,比植入過程中外胚層和滋養外胚層譜系的細胞慢得多,這表明存在在外胚層和原始內胚層的DNA甲基化組中具有不同的重建特征 - 即使兩個譜系都來源于內細胞團。

 

人類圍植入胚胎中DNA甲基化組的譜系特異性動力學

總的來說,該研究工作提供了對調節人類胚胎植入的復雜分子機制的見解,并有助于推動未來對早期胚胎發育和生殖醫學的理解。

參考信息:https://www.nature.com/articles/s41586-019-1500-0


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