路線圖追蹤胚胎發(fā)育的軌跡

科學(xué)家們已經(jīng)繪制出關(guān)鍵的分子變化，這些變化協(xié)調(diào)胚胎小鼠細(xì)胞如何分化成不同的細(xì)胞類型，最終形成成年動物的所有不同組織和器官。

基因組科學(xué)教授杰伊·申杜爾 (Jay Shendure) 表示，這種小鼠胚胎發(fā)生的“路線圖”將幫助研究人員了解控制不同特化細(xì)胞類型如何從分化程度較低的細(xì)胞中出現(xiàn)的分子程序，因為胚胎不僅對小鼠而且對人類而言都是如此。在華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院，Brotman Baty 精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究所科學(xué)主任和霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員。

“我們以單細(xì)胞合子的形式開始生活，而該細(xì)胞在短短幾周或幾個月內(nèi)分裂并分化成數(shù)百種細(xì)胞類型，”Shendure 指出。“所以，問題是：這是怎么發(fā)生的?細(xì)胞采取什么途徑?形成這些決定的基因是什么?”

研究人員今天在《自然遺傳學(xué)》雜志上報告了他們的發(fā)現(xiàn)。Shendure 實驗室的計算生物學(xué)家和博士生邱承祥是該論文的第一作者，

為了繪制出這一過程，Shendure 和他的同事利用了從小鼠研究中收集的公開數(shù)據(jù)，這些研究使用了一種稱為單細(xì)胞 RNA 測序 (scRNA-seq) 的技術(shù)。

這項技術(shù)使科學(xué)家能夠識別和量化單個細(xì)胞內(nèi)不同信使 RNA 分子的水平。因為這些 mRNA 是從激活的基因中復(fù)制而來的，所以它們在細(xì)胞中的存在表明了哪些基因在給定的時間點是活躍的。

為了補充這些數(shù)據(jù)，研究人員還使用了從小鼠胚胎發(fā)育第 8 天開始的關(guān)鍵 24 小時內(nèi)每兩小時采樣一次的大約 150,000 個胚胎小鼠細(xì)胞核產(chǎn)生的 scRNA-seq 數(shù)據(jù)。

邱結(jié)合這些數(shù)據(jù)，并在調(diào)整它們以考慮不同研究人員使用的技術(shù)差異后，確定了從小鼠胚胎發(fā)育的第 3.5 天到第 13.5 天的 19 個階段的胚胎細(xì)胞狀態(tài)，當(dāng)時大多數(shù)關(guān)鍵胚胎結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)。在小鼠中，從單細(xì)胞受精卵到活產(chǎn)幼崽的妊娠只需要 21 天。

生成的地圖追蹤了細(xì)胞發(fā)育和分化成不同細(xì)胞類型時基因活性的變化。邱說，特別令人感興趣的是關(guān)鍵調(diào)節(jié)蛋白基因的活性，稱為轉(zhuǎn)錄因子，它協(xié)調(diào)細(xì)胞生長、發(fā)育和功能。

“隨著胚胎發(fā)生的進行，細(xì)胞會像樹枝一樣分支成不同的細(xì)胞類型，”邱說。“在這些分支點活躍的轉(zhuǎn)錄因子往往對新的細(xì)胞類型具有特異性。”邱指出，另一方面，一些轉(zhuǎn)錄因子在許多不同的細(xì)胞類型中似乎都很活躍，這表明它們在調(diào)節(jié)細(xì)胞生長和功能方面發(fā)揮著更普遍的作用。

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