北京時間8月8日凌晨，國際權威學術期刊Nature在線發(fā)表了中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所）景乃禾研究組、中國科學院-馬普學會計算生物學伙伴研究所韓敬東研究組與中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院/廣州再生醫(yī)學與健康廣東省實驗室彭廣敦課題組共同合作的最新研究成果：“Molecular architecture of lineage allocation and tissue organization in early mouse embryo”。

 

        哺乳動物早期胚胎發(fā)育通過多個層次的細胞命運決定，形成了器官發(fā)生、形態(tài)建成的整個發(fā)育藍圖，是生命體最重要的分子事件之一。早期胚胎發(fā)育過程伴隨著全能性的維持、分化及各種多能干細胞的次序決定。這一過程的調(diào)控對整個胚胎的發(fā)育產(chǎn)生了深遠的影響。因此研究早期胚胎譜系建立的過程、不同胚層和組織前體的發(fā)生，尤其是其分子調(diào)控機制，能夠指導胚胎干細胞及各種多能干細胞的分化和進一步轉化醫(yī)學應用，因而具有極其重要的生物學意義。

 

        在早期胚胎發(fā)育階段，受精卵通過細胞增殖和細胞分化形成囊胚；囊胚在子宮著床后經(jīng)過原腸運動（Gastrulation）形成外、中、內(nèi)三個胚層。原腸運動在進化上非常保守，其機制受到精細而嚴謹?shù)恼{(diào)控。通過經(jīng)典的細胞標記移植和譜系追蹤等方法，研究者發(fā)現(xiàn)細胞的空間位置對于細胞命運具有重要的影響。近些年，通過單細胞測序國際上的眾多研究工作對原腸運動期間細胞的發(fā)育軌跡作了一些描繪，但這些工作都缺乏真實的時間與空間信息，無法揭示細胞在早期胚胎中的空間位置以及時間變化對細胞發(fā)育分化命運的影響。

 

        為解決上述難題，研究人員首先利用空間轉錄組分析方法（Geo-seq）(Chen et al., 2017)，對小鼠早期胚胎發(fā)育多個時期（E5.5、E6.0、E6.5、E7.0和E7.5）的外、中、內(nèi)三個胚層構建空間轉錄組，建立起百科全書式全基因組的時空表達數(shù)據(jù)庫（http://egastrulation.sibcb.ac.cn/）。此數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了小鼠早期胚胎所有表達基因高分辨率的數(shù)字化原位雜交圖譜，是目前國際上關于小鼠著床后早期胚胎最全面、最完整的交互性時空轉錄組數(shù)據(jù)庫。在此基礎上，研究人員借鑒更具生物學意義、更加穩(wěn)健的SCENIC數(shù)據(jù)分析方法(Aibar et al., 2017)，結合著床前胚胎的轉錄組數(shù)據(jù)，將發(fā)育過程中最重要的時間和空間信息聯(lián)合分析，構建了小鼠早期胚胎發(fā)育過程的系統(tǒng)發(fā)生樹，并從分子層面重構了胚層譜系的發(fā)生過程。最后，研究人員結合功能實驗，首次發(fā)現(xiàn)Hippo/Yap信號通路在內(nèi)胚層譜系發(fā)生過程中具有重要作用，同時也找到了許多在胚層譜系發(fā)生過程中關鍵的轉錄因子。這項工作為理解胚層譜系建立及多能干細胞的命運調(diào)控機制，提供了翔實的數(shù)據(jù)和嶄新的思路，是對經(jīng)典發(fā)育生物學層級譜系理論的重大修正和補充，將極大推動早期胚胎發(fā)育和干細胞再生醫(yī)學相關領域的發(fā)展。

 

        本研究主要由中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所）景乃禾研究組、中國科學院-馬普學會計算生物學伙伴研究所韓敬東研究組與中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院/廣州再生醫(yī)學與健康廣東省實驗室彭廣敦課題組共同合作完成。中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院彭廣敦研究員、中國科學院-馬普學會計算生物學伙伴研究所索生寶博士、生化與細胞所崔桂忠博士和禹方博士為該論文的共同第一作者，景乃禾研究員、韓敬東研究員和彭廣敦研究員為該論文的共同通訊作者。該工作得到了中國科學院動物研究所周琪研究員、悉尼大學Patrick P.L. Tam教授、生化與細胞所化學生物學技術平臺、高性能計算存儲與網(wǎng)絡服務平臺和動物實驗技術平臺的大力支持。這項工作得到了中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委員會、廣東省科學技術基金、廣州再生醫(yī)學與健康廣東省實驗室前沿探索項目、上海市自然科學基金和上海市科學技術委員會的資助。

 

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