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谭韬、牛昱宇及季维智课题组Science发表灵长类胚胎发育最新研究成果

· 新闻

10月31日,昆明理工大学灵长类转化医学研究院/云南中科灵长类生物医学重点实验室谭韬牛昱宇教授及季维智院士团队与美国索尔克(Salk)研究所、深圳华大生命科学研究院等单位合作在《科学》杂志(Science在线发表研究成果“Dissecting primate early post-implantation development using long-term in vitro embryo culture”。

灵长类胚胎早期着床后发育是哺乳动物发育中的里程碑事件,然而这一阶段也是胚胎发育研究中最不清楚的时期之一。这一阶段发育的异常不仅会导致胚胎流产,也会对将来整个个体的生长与发育产生深远的影响。系统研究早期着床后胚胎发育的细胞及分子生物学事件,对于不孕症、早期发育疾病的预防与治疗极为重要。

近年来随着体外受精及胚胎培养体系的不断优化,对于灵长类着床前胚胎的研究取得了巨大的发展。回答了诸如细胞多能性获得、细胞谱系分化等基础科学问题。尽管如此,对于灵长类着床后胚胎细胞的多能性退出、三胚层谱系分化以及形态发生等许多问题仍未解决。

由于取材及伦理的限制,对于人着床后胚胎发育的研究几乎不可能开展。领域的进一步发展亟待创新性的技术突破。2016年英国剑桥及美国洛克菲勒大学科学家Magdalena Zernicka-Goetz和Ali H. Brivanlou共同建立胚胎体外延迟培养技术突破了研究瓶颈。今年北京大学汤富酬教授和北京大学第三医院乔杰教授实验室运用这一技术,结合单细胞多组学技术,揭示了人早期着床后胚胎发育的基因表达调控网络和DNA甲基化动态变化规律。由于14天规则的限制,上述工作停止于受精后14天,诸如三胚层分化、细胞间互作、原始生殖细胞特化等许多科学问题尚未回答,而这些问题又是业界关心的重要基础科学问题。

虽然灵长类动物早期胚胎发育与人高度相似,但对于灵长类动物着床后胚胎发育的研究依然难以开展,人力物力花费巨大,为了深入探索灵长类胚胎着床后发育过程中的分子机制,研究团队实现了食蟹猴胚胎体外20天的培养,培养胚胎呈现出了与体内发育胚胎高度一致的形态学与基因表达特征。

结合胚胎体外培养系统和单细胞多组学测序技术,研究团队在受精9天后对体外培养胚胎进行了测序,通过细胞谱系及分子轨迹变化分析,研究人员系统研究了上胚层细胞 (epiblast) 多能性动态变化过程,揭示了氧化磷酸化途径在naïve多能性维持中的作用;滋养层谱系的单细胞转录组数据显示了滋养层谱系的分化路径,并表明小鼠中公认的滋养层干细胞marker CDX2在灵长类早期胚胎发育中表达并不能维持,对灵长类滋养层发育提出了新的见解;研究结果同时揭示了灵长类着床后胚胎发育中不同细胞谱系间的相互作用,为进一步理解着床后胚胎发育微环境 (niche) 的重要作用提供了新的思路。

更为重要的是,研究结果揭示了羊膜上皮是潜在的原始生殖细胞起源地,但是也不排除epiblast来源。尽管还需要进一步深入细致的机制研究进行证实,但当前研究结果对灵长类PGC的早期起源提供了新的见解。

该研究工作第一次利用体外系统,解析了灵长类胚胎着床后特别是原肠运动时期重要的分子与细胞生物学事件。研究结果有助于加深人们对早期着床后胚胎发育的理解,对于细胞替代性治疗及器官再生研究也具有指导意义。

昆明理工大学灵长类转化医学研究院谭韬课题组博士生孙念琴、硕士生李昌及深圳华大生命科学研究院雷莹博士为该文章的并列第一作者,美国salk研究所的Juan Carlos Izpisua Belmonte教授、昆明理工大学灵长类转化医学研究院谭韬牛昱宇教授和季维智院士为文章的共同通讯作者。

原文链接:

https://science.sciencemag.org/content/early/2019/10/30/science.aaw5754

昆明理工大学灵长类转化医学研究院/云南中科灵长类生物医学重点实验室常年招聘 PI、研究人员、实验技术员;博士后;硕士、博士研究生(含直博生、推免生);同时欢迎在校本科生到我实验室参观、实习。

 

Email: linx@lpbr.cn

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