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建立早期胚胎发育的分子蓝图

发布时间:2019-06-05 14:09:55 来源:

剑桥的一个生物学家,物理学家和数学建模师团队研究了超过100,000个胚胎细胞的遗传活性,以建立小鼠早期胚胎发育的分子蓝图。这项新的研究提供了关于哺乳动物胚胎在原肠胚形成过程中如何发育的重要信息,这是发育的关键阶段,并为新的生命早期阶段的理解铺平了道路。

着名的生物学家刘易斯沃尔珀特曾说过:“这不是出生,婚姻或死亡,而是原油是真正生命中最重要的时期。” 原肠胚形成代表动物(和人类)发育过程,胚胎中的前体细胞通过基因程序编程,以产生体内所有不同的器官,包括大脑,心脏,肺,肠和肌肉。原肠胚形成是胚胎发育中至关重要的一步,然而,到目前为止,在分子水平上对这一过程的详细了解已经受到限制。

在“ 自然”杂志上发表的一项研究中,剑桥科学家们已经制作出了第一个全面的哺乳动物原肠胚分子图谱。在受精后6.5至8.5天测量小鼠胚胎中116,312个单细胞的遗传活性,研究人员已经建立了哺乳动物胚胎发育的分子蓝图。

研究人员使用尖端的单细胞技术来测量哪些基因在许多连续的时间点内在小鼠胚胎中被激活。从在原肠胚形成开始时检测到的少量不同细胞类型开始,细胞分支成具有不同遗传谱的30多种不同细胞类型,所有细胞类型仅在48小时的时间跨度内。

计算分析使科学家能够生成“交互式地图”,其中每个细胞用点表示,具有相似分子谱的细胞彼此靠近。这些新的地图可以在线免费供其他研究人员使用,它说明了从一种细胞到另一种细胞的细胞发育轨迹,并展示了精确的遗传过程,使身体的所有细胞和器官得以发展。早期胚胎起源。

“我们的新图谱提供了一个分子蓝图,以概述胚胎发育在正常条件下如何进行。它使我们能够看到当未指定的胚胎细胞增殖并分散到全身的所有特定细胞类型时,哪些不同的基因被激活”Bertie教授说。 Göttgens,Wellcome-MRC剑桥干细胞研究所的组长。“该地图也是了解基因突变如何破坏胚胎生长并导致发育障碍和疾病的宝贵参考点。”

研究人员通过研究Tal1来测试新的分子图谱,Tal1是一种对正常血液发育至关重要的基因,但如果在错误的细胞中被激活,则会导致白血病。通过比较参考图谱与超过10,000个Tal1突变细胞,研究人员能够破译Tal1基因突变的后果。

“为了研究Tal1在血液发育中的作用,我们将携带突变Tal1基因的胚胎干细胞与非常早期的正常胚胎混合制成嵌合体,”Wellcome-MRC剑桥干细胞研究所组织负责人Jenny Nichols教授解释说。“因为这些嵌合体仍然可以从正常细胞中产生血液,我们能够在适当的生物学背景下研究突变细胞。”

EMBL欧洲生物信息学研究所(EMBL-EBI)和英国剑桥研究所癌症研究组组长John Marioni博士说:“通过将我们的实验数据与分子图中整理的数据进行比较,我们能够准确地解释发生了什么。在具有突变Tal1基因的细胞内。我们可以看到突变细胞不是简单地卡住,或者决定成为不同的细胞类型,而是细胞开始表达多种不同的基因,好像它们混淆了一样关于他们应该成熟的细胞类型。“

研究血液发育的遗传基础只是新分子图可用于理解正常和疾病过程的一种方式。该图的广泛性质包含了胚胎中所有正在发育的细胞类型的分子信息,将使其他研究人员能够更深入地了解整个器官的发育方式。这反过来将使科学家能够开发用于药物筛选的真实细胞类型的生产的新方案,以及旨在再生患病或衰老器官的疗法。

来自Wellcome的细胞和发育科学团队的Sheny Chen博士说:“通过拼接这个关于细胞如何在小鼠胚胎中发育的'分子图谱',研究人员为研究界创造了一个重​​要且有用的资源。科学是一项协作努力,这个生物学家,物理学家和数学家团队已经能够对原肠胚形成有了新的认识,这是一个关键的发育过程,产生了三个细胞层,可以产生身体的所有器官。“

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