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Nature重磅 | 汤富酬/乔杰首次重建了人类植入的转录组和DNA甲基化组织景观

来 源:iNature
发布时间:2019-08-22

胚胎植入是哺乳动物胚胎发生过程中的里程碑事件。植入失败是人类早期妊娠失败的重要原因。由于在体内胚胎植入后很难获得人胚胎,目前尚不清楚基因调控网络和表观遗传机制如何控制胚胎植入过程。

2019年8月21日,北京大学汤富酬及乔杰共同通讯在Nature在线发表题为“Reconstituting the transcriptome and DNA methylome landscapes of human implantation”的研究论文,该研究借助捐赠的人类胚胎和用于植入后胚胎的强大体外培养系统和单细胞多组学测序技术,该研究同时分析了基因表达网络和谱系 - 单细胞分辨率下人类种植周围胚胎的特定DNA甲基化模式。

通过结合植入后人类胚胎发育的体外培养系统和单细胞多组学测序技术,系统地分析了来自65个人类种植体周围胚胎的8,000多个个体细胞。转录组数据显示了上胚层,原始内胚层和滋养外胚层谱系的逐步植入途径,表明在植入过程中正确建立母 - 子关系的稳健准备。总的来说,该研究工作提供了对调节人类胚胎植入的复杂分子机制的见解,并有助于推动未来对早期胚胎发育和生殖医学的理解;

另外,2019年2月12日,北京大学未来基因诊断高精尖创新中心汤富酬课题组与北医三院乔杰课题组继续紧密合作,在Cell Reports杂志发表了题为“Single-Cell Transcriptome Analysis Maps the Developmental Track of the Human Heart”(利用单细胞转录组分析技术绘制人类心脏发育路线图)的研究成果,对来自中胚层的另一重要器官——心脏进行了深入的发育细胞图谱研究();

另外,2019年1月17日,中国科学院生物物理研究所刘光慧研究组、北京大学汤富酬研究组和中国科学院动物研究所曲静研究组联合攻关,在Cell Stem Cell 在线发表题为“FOXO3-engineered human ESC-derived vascular cells promote vascular protection and regeneration”的研究论文,该论文通过靶向编辑单个长寿基因产生了世界上首例遗传增强的人类血管细胞。这些血管细胞与野生型血管细胞相比,不但能更高效地促进血管修复与再生,而且能有效抵抗细胞的致瘤性转化。遗传增强人类血管细胞的成功获得为开展安全有效的临床细胞治疗提供了重要解决途径()。

 

人类胚胎发育从受精卵开始,之后形成胚泡,其由外部滋养外胚层(TE)和内部细胞团组成。成熟的内细胞团由多能外胚层(EPI)组成,其由一层原始内胚层(PE;也称为成纤维细胞)覆盖。然后,EPI,PE和TE分别产生胚胎本体,卵黄囊和胎盘。在胚胎第6-7天(受精后),胚胎将植入子宫中以形成原肠胚,然后进行器官发生。

 

人类植入后胚胎的单细胞RNA测序转录组谱

由于在体内植入后早期获得胚胎的限制,人类植入期间对不同谱系特异的转录组和DNA甲基化组的谱系规范和相应模式仍然知之甚少。在这项研究中,借助捐赠的人类胚胎和用于植入后胚胎的强大体外培养系统和单细胞多组学测序技术,研究人员同时分析了基因表达网络和谱系 - 单细胞分辨率下人类种植周围胚胎的特定DNA甲基化模式。

植入后阶段的转录组动力学

对于该研究,通过结合植入后人类胚胎发育的体外培养系统和单细胞多组学测序技术,系统地分析了来自65个人类种植体周围胚胎的8,000多个个体细胞。转录组数据显示了上胚层,原始内胚层和滋养外胚层谱系的逐步植入途径,表明在植入过程中正确建立母 - 子关系的稳健准备。

 

CNVs和植入过程中不同谱系之间的非同步X染色体失活

基于分析植入期间X染色体连锁基因的亲本等位基因特异性表达,雌性胚胎显示随机X染色体失活的启动。值得注意的是,使用单细胞三联体测序分析,显示原始内胚层谱系细胞中基因组的重新甲基化,比植入过程中外胚层和滋养外胚层谱系的细胞慢得多,这表明存在在外胚层和原始内胚层的DNA甲基化组中具有不同的重建特征 - 即使两个谱系都来源于内细胞团。

 

人类围植入胚胎中DNA甲基化组的谱系特异性动力学

总的来说,该研究工作提供了对调节人类胚胎植入的复杂分子机制的见解,并有助于推动未来对早期胚胎发育和生殖医学的理解。

参考信息:https://www。nature。com/articles/s41586-019-1500-0


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