近日,国家卫生健康委配子及生殖道异常研究重点实验室蒋祥祥与中国科学院动物研究所王红梅和郭帆团队、美国德克萨斯大学西南医学中心吴军团队合作,于《自然》在线发表文章《在单细胞水平研究灵长类原肠运动和早期器官形成》(Primate gastrulation and early organogenesis at single-cell resolution)。蒋祥祥为共同通讯作者,国家卫生健康委配子及生殖道异常研究重点实验室、安徽医科大学第一附属医院妇产科为共同通讯作者单位。
研究者收集了CS8-CS11 时期(E20-E29)的食蟹猴胚胎,利用10X 单细胞转录组测序技术捕获了 56636 个胚胎来源的单细胞转录组并进行生物信息学分析,明确定义了食蟹猴该时期的 38 个主要细胞类群,绘制了目前国际上第一张灵长类 CS8-CS11 胚胎的高通量单细胞转录组图谱。揭示了原肠运动和三胚层分化(神经管、体节、肠管等的发育)过程中重要细胞类群的特征及其谱系发生和调控机制。
哺乳动物早期胚胎发育过程在进化上高度保守,但不同物种哺乳动物的早期胚胎发育过程仍存在特异的分子特征。研究者全面比较了相同发育阶段的小鼠和食蟹猴胚胎的转录组差异,揭示了两物种胚胎中对应细胞类型的分化调控异同。
基于干细胞的人类胚胎模型(类胚胎)对于研究人胚胎早期发育至关重要。近年来,类原肠胚、类神经胚、心脏类器官以及类体节模型相继构建成功。然而,由于缺乏灵长类动物体内相应时期胚胎的发育数据,这些胚胎模型对在体真实胚胎的模拟程度无法被直接证实。本研究填补了这一空白,为未来相应时期胚胎模型的构建提供了在体的比对数据。
并且,研究者利用这一在体数据,初步研究了胚胎模型与在体胚胎的相似度,发现胚胎模型在细胞类型方面与在体胚胎存在一定相似性,但在关键信号通路激活程度、转录因子表达等多方面与在体胚胎存在差异。
该研究不仅填补了灵长类胚胎原肠运动至早期器官发育阶段的领域知识空白,而且为人类胚胎模型的研究提供了必要的在体数据参考,为深入了解人类早期胚胎发育过程的调控机理以及发育异常相关疾病的病理奠定坚实基础。