路線圖追蹤胚胎發(fā)育的軌跡

科學家們已經(jīng)繪制出關鍵的分子變化，這些變化協(xié)調(diào)胚胎小鼠細胞如何分化成不同的細胞類型，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胞類型如何從分化程度較低的細胞中出現(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。在華盛頓大學醫(yī)學院，Brotman Baty 精準醫(yī)學研究所科學主任和霍華德休斯醫(yī)學研究所研究員。

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

研究人員今天在《自然遺傳學》雜志上報告了他們的發(fā)現(xiàn)。Shendure 實驗室的計算生物學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胞 RNA 測序 (scRNA-seq) 的技術。

這項技術使科學家能夠識別和量化單個細胞內(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制而來的，所以它們在細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 個胚胎小鼠細胞核產(chǎn)生的 scRNA-seq 數(shù)據(jù)。

邱結合這些數(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 個階段的胚胎細胞狀態(tài)，當時大多數(shù)關鍵胚胎結構已經(jīng)出現(xiàn)。在小鼠中，從單細胞受精卵到活產(chǎn)幼崽的妊娠只需要 21 天。

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

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

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