2022/10/10 / 公司活动及新闻
类原肠胚单细胞及空间转录组分析
类原肠胚单细胞及空间转录组分析
2022/10/10
类原肠胚(Gastruloids)它是一个由大约300个胚胎干细胞组成的三维聚集体,可以显示胚胎植入后哺乳动物的关键特征,包括胚层特异性和轴向组织发育阶段。到目前为止,关于类原肠胚胎的基因表达方研究很少,而且整个基因组的表达模式还不是很清楚。
2020年2月20日,为兰皇家艺术与科学学院和乌得勒支大学医学中心医学中心揭开了模拟胚胎发育的类原肠胚全基因组表达模式AlexandervanOudenaarden与SusanneC.vandenBrink研究组在Nature发布名为Single-cellandspatialtranscriptomicsrevealsomitogenesisingastruloids关于小鼠原肠胚胎和小鼠胚胎之间的单细胞RNA通过对测序结果和空间转录组数据的比较,发现两者非常相似,类原肠胚胎可以很好地模拟胚胎的体节发育,为哺乳动物胚胎的科学研究提供重要工具,包括体节发育阶段。
之前的研究分析了类似原肠胚胎的转录组,使用了代表小鼠胚胎发育期8.5天120的转录组h在体外培养的类原肠胚全组织。为了进一步扩大对单细胞水平类原肠胚的理解,作者从120年代开始h单细胞分析和聚类在100个类原肠胚中进行。
小鼠胚胎单细胞通过胚胎期8.5天RNA-seq与数据相比,对13个细胞群进行了注释。经过分析,作者发现小鼠原肠胚胎和胚胎的基因表达与所包含的细胞类非常相似,这与前人的结果相对一致。这些结果表明,类原肠胚胎可以作为研究胚胎发育阶段的良好体外模型。
根据对细胞群1-8的分析,作者发现这些细胞是根据神经细胞和中胚层细胞分化的轨迹排列的。经过进一步分析,作者发现,从类群7到类群8是神经中胚层祖先细胞到神经元的分化轨迹,并开始表达尾芽基因(Tail-budgenes),中胚层分化是从类群6到类群2,而类群1表与心脏有关的基因标记物。
在胚胎发育阶段,神经分化和中胚层分化具有很强的空间布局特征:神经中胚层的祖细胞位于尾芽位置(后部位置),而分化组织位于外部位置。因为作者想知道他们是否也遵循类原肠胚中的空间布局特征RNA断层扫描(RNAtomography,tomo-seq),tomo-seq这是一种空间转录组分析技术。tomo-seq在实验中,类原肠胚被沿着外侧向后轴向冷冻,然后依次冷冻这些组织mRNA高通量分析。
根据对空间转录组结果的分析,作者发现神经中胚层的祖细胞(类群7)确实位于类原肠胚的后部,而分化的神经细胞位于外部。在分析其他细胞群后,作者发现类原肠胚中各种细胞的位置与胚胎中分布的空间位置相对一致。此外,如果作者想确定小鼠胚胎与类原肠胚胎中后基因表达模式之间的异同,作者将小鼠胚胎在胚胎期8.5天tomo-seq,结果表明,在小鼠胚胎和类原肠胚胎中,包括调节体节产生的基因表达非常相似。
在小鼠胚胎中,中胚层组织的建设依赖于基因动态调节网络,这与身体关节的产生过程密切相关。在身体关节发育阶段,视黄酸和相反的FGF/WNT信号梯度决定了分化外侧的位置。体细胞的发生经历WNT,Notch和FGF信号振荡,小鼠胚胎中的信号每两小时从尾芽传递到分化前沿一次。因此,作者希望通过实验来测试类原肠胚中是否存在类似的体节发育时钟。通过类原肠胚Notch报告基因活体成像检查和Notch在信号抑制剂的使用等实验中,作者发现类似原肠胚胎中报告的基因表达与小鼠胚胎中报告的基因表达相似,这也取决于Notch体节发育时钟的动态活性变化与体内发育阶段非常相似。
虽然作者通过实验发现,类原肠胚中体节的关键调节因素在正确的空间位置表达,动态变化过程与体内非常相似。然而,根据前人探索的实验方案,体外培养的类原肠胚不会真正产生体节(Somites)。根据培养方法的调整和检测,作者发现基质胶在低浓度(Matrigel)在培养条件下,类似会产生类似的结构,具有正确的分布模式和发展方向。
分析单细胞高通量数据和空间转录组结果,AlexandervanOudenaarden研究小组发现,体外培养的类原肠胚与胚胎的基因表达非常相似,因此这种类原肠胚可以作为研究胚胎发育阶段的良好实验模型。此外,由于类原肠胚可以大量培养,因此也可以作为药物筛选的实验工具。此外,作者还改进了以前的体外培养计划,以促进体外培养的类原肠胚能够具有正确的体节发育阶段。因此,它也为体外研究带来了重要的实验支持。