3月22日，中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院Miguel A. Esteban研究組開發(fā)了一種非轉(zhuǎn)基因、快速且可控的重編程方法，將人多能干細胞（PSC）誘導(dǎo)為全能性的8細胞期胚胎樣細胞（8CLC），相關(guān)論文成果發(fā)表在《自然》（Nature）雜志上。研究人員運用單細胞測序技術(shù)，分析確定了8CLC與人8細胞期胚胎的高度相似性，描繪了轉(zhuǎn)化過程的關(guān)鍵分子事件和基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并進一步評估了8CLC的分化能力。
人類受精卵形成初期，自身基因不表達，而需要依賴卵子攜帶的母源因子執(zhí)行細胞功能。隨著受精卵的不斷分裂，當(dāng)胚胎經(jīng)過3天的發(fā)育到達8細胞期時，母源因子逐漸降解消除，而胚胎自身的基因被激活，個體開始依賴自身的基因表達完成后續(xù)發(fā)育。8細胞期發(fā)生的該過程被稱作合子基因組激活，是胚胎發(fā)育的關(guān)鍵節(jié)點，該過程的異常可直接導(dǎo)致胚胎發(fā)育的停止。因此，研究8細胞期細胞調(diào)控機制的對于保證良好的早期胚胎發(fā)育有重要意義。
人8細胞樣細胞的誘導(dǎo)方法及其與體內(nèi)胚胎的比較 中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院供圖
該研究內(nèi)容符合國際倫理規(guī)范的要求，所有實驗均經(jīng)過了嚴格的倫理審查。研究團隊首先通過系統(tǒng)性的篩選，獲得了一個非轉(zhuǎn)基因、穩(wěn)定、快速的8CLC體外誘導(dǎo)培養(yǎng)基，建立了8CLC的誘導(dǎo)和提純方法。利用單細胞測序技術(shù)，研究人員在多個誘導(dǎo)時間點完整的描繪了8細胞胚胎樣細胞誘導(dǎo)過程中基因表達和染色質(zhì)開放性的動態(tài)變化，剖析了8CLC的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。最后，利用純化的8CLC，研究人員從滋養(yǎng)層細胞分化能力、模擬囊胚形成能力和畸胎瘤分化能力等方面系統(tǒng)評估了8CLC的分化潛能，證明其具有胚胎的三胚層和胚外的滋養(yǎng)層發(fā)育潛能，即具有全能性。8CLC在功能層面上與人類8細胞期細胞的分化能力契合，是研究人類早期胚胎發(fā)育的可靠模型。
該研究填補了體外人8細胞期胚胎樣細胞的空白。與人多能性狀態(tài)的細胞相比，全能性的8CLC具有更好的發(fā)育能力。該成果對早期胚胎發(fā)育相關(guān)的基礎(chǔ)研究提供了新的體外研究模型，有助于理解早期胚胎發(fā)育過程及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)與疾病發(fā)生的關(guān)系，為防治出生缺陷及多種發(fā)育源性疾病提供理論基礎(chǔ)和可行路徑。同時也為全能性細胞用于細胞治療和疾病建模提供了更好的模型選擇。科研團隊將會進一步建立高效率、高純度的人8CLC全能性細胞生產(chǎn)平臺，并利用全能性細胞制備功能性細胞和藥物篩選平臺。
該研究由中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院、深圳華大生命科學(xué)研究院、中國科學(xué)院大學(xué)、英國劍橋大學(xué)、吉林大學(xué)、孟加拉國的研究團隊合作完成。Md. Abdul Mazid、Carl Ward、駱志偉和劉傳宇為該論文的共同第一作者, Miguel A. Esteban、李文娟、劉龍奇和Md. Abdul Mazid為論文的共同通訊作者。該項目受到中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)項目、國家重點研發(fā)計劃等基金的資助。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-022-04625-0
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