|
责编丨迦溆 “你一生中最重要的时刻不是出生、结婚或死亡，而是原肠胚形成”。-Lewis Wolpert 细胞是人体结构和功能的基本单位。系统性地研究人体所有细胞的种类，功能以及分化路径对于研究人体发育，衰老以及疾病的产生具有重要意义。在哺乳动物的发育过程中，来自于发育早期三个胚层的细胞在很短的时间内分化成几百种细胞类型，组成各个组织和器官，并决定了生物体的后期功能。然而传统的检测手段由于一些技术限制，无法详细和系统的研究所有器官各种细胞的分子学状态和分化路径。 2019年2月22日，来自美国华盛顿大学的Jay Shendure团队（曹俊越博士为论文第一作者）在Nature上发表长文The single-cell transcriptional landscape of mammalian organogenesis【1】，利用研发的超高通量单细胞测序技术：sci-RNA-seq3，同时检测了几百万个单细胞转录图谱，并对小鼠发育阶段（胚胎期9.5天至13.5天）的主要器官进行了高精度单细胞水平的系统性研究。 该项研究检测了来自61个不同胚胎发育时期的小鼠胚胎，超过两百万个细胞的转录组测序，检测到五百多种细胞种类，并系统性地绘制了形成各种器官的细胞分化路径以及每个路径中几万种基因的表达变化。这项研究中的新技术以及数据对于研究哺乳动物包括人体的胚胎发育和器官形成具有重要意义。 著名生物学家刘易斯·沃尔珀特（Lewis Wolpert）曾言：“你一生中最重要的时刻不是出生、结婚或死亡，而是原肠胚形成”。原肠胚形成是哺乳动物胚胎早期发育的重要阶段。期间，胚胎前体细胞在程序性基因表达的驱动下，进一步发育成身体各个器官，包括大脑、心脏、肺、肠和肌肉等等。然而，迄今为止，我们在分子层面对原肠胚形成缺乏详尽的了解。 同期发表的来自Marioni和Gottgens实验室的文章A single-cell molecular map of mouse gastrulation and early organogenesis【2】应用已经商业化的单细胞测序技术（10x genomics）通过对受精后6.5至8.5天的小鼠胚胎中116,312个单细胞的基因组表达活性进行分析，连续检测了原肠胚形成的48小时内不同时间点的各个细胞的基因激活信息。 此过程中，胚胎由少量特定的细胞类型，分化成 30余种具有不同遗传谱的细胞类型。通过计算分析，研究者创建了“细胞相互作用图谱”。图谱中每个点代表一个细胞，具有相似基因表达谱的细胞分布接近 。这些图谱描绘了从一种细胞到另一种细胞的发育轨迹，以及身体中所有细胞和器官的早期胚胎起源。同时，研究人员通过研究Tal1基因来测试新的分子图谱。Tal1是一种对正常造血发育至关重要的基因，但如果在错误的细胞中被激活，则可导致白血病。经由超过10,000个Tal1突变细胞与正常细胞参考图谱的比较分析，研究人员可以破译Tal1基因突变对细胞的影响。 小鼠在早期胚胎发育阶段的分子蓝图 : 图谱中每个点代表 一个细胞，具有相似基因表达谱的细胞分布接近 。这些图谱描绘了从一种细胞到另一种细胞的发育轨迹. Credit: B. Pijuan-Sala 随后，Bertie Göttgens教授表示：“我们的新图谱提供了一个描述正常胎发育过程的分子指南。它使得我们可以了解，在胚胎细胞增殖并分化成体内全部的特定类型细胞的过程中，哪些不同的基因群被激活。该图谱也可为研究基因突变如何影响胚胎生长，并导致发育障碍和疾病提供宝贵的参考信息。” John Marioni博士也表示：“通过将我们的实验数据与分子图谱的数据进行比较，我们能够准确地解读 Tal1基因突变细胞的基因谱的变化。我们可以看到突变细胞并非是简单的分化受阻，或决定转化成另一种的细胞类型。它们开始表达各种不同的基因，仿佛处于一个困惑的时刻，无法决定自己究竟要分化为哪种细胞 “。 来自Wellcome细胞和发育科学小组的Sheny Chen博士说：“通过拼接出小鼠胚胎中早期细胞的'分子图谱'，研究人员为此领域建立了一个重要的研究资源。在协作努力的基础上，这个由生物学家、物理学家和数学家组成的研究团队更新了我们对原肠胚形成的认知。这涉及到动物生命的一个关键的发育阶段，此过程产生出三个胚胎细胞层，继而生长分化成身体所有的组织和器官。” 总之，这项研究（胚胎期6.5天至8.5天）和第一项研究（胚胎期9.5天至13.5天）很好地契合在一起。这两项研究系统地解释细胞是怎样从最初的三个胚层分化成组成生物体各个系统的几百种细胞类型以及内在基因调控机制，并对研究基因缺陷和发育疾病具有很大的意义。同时也将更好地推动探索和开发药物筛选所需的特定细胞类型，旨在创建器官再生或延缓衰老的疗法。 原文链接： https:///10.1038/s41586-019-0969-x https:///10.1038/s41586-019-0933-9 制版人：珂 参考文献 1. Junyue Cao. et al. The single-cell transcriptional landscape of mammalian organogenesis. Nature. 2. Blanca Pijuan-Sala. et al. A single-cell molecular map of mouse gastrulation and early organogenesis. Nature. |
|
|
