科學家揭示靈長類早期胚胎髮育多能性的變化模式

8月28日，《基因組研究》（Genome Research）以Single cell RNA-sequencing reveals the existence of naive and primed pluripotency in pre-implantation rhesus monkey embryos爲題，在線發表了中國科學院昆明動物研究所鄭萍課題組和中國科學院上海生命科學研究院計算生物學研究所韓敬東課題組合做的研究成果。該研究經過單細胞轉錄組方法，分析了獼猴着牀前胚胎髮育過程當中，早期細胞命運分化調控，並重點研究了四個囊胚發育階段（早期囊胚，中期囊胚，晚期囊胚，孵化囊胚）和上胚層細胞（Epiblast cells）多能性的動態變化。發現獼猴早期胚胎細胞命運決定模式和調控與人類胚胎極其類似，首次揭示了靈長類着牀前胚胎中存在發育多能性由原始態(naive)向始發態(primed)的轉變過程。
發育多能性是指一種細胞分化爲其餘細胞類型的潛能。在早期胚胎髮育過程當中，胚胎細胞的多能性隨着發育的推動而逐漸降低。從受精卵到早期的卵裂球，細胞具發育全能性（totipotency），能發育爲胚胎和胚外組織；而當胚胎髮育至囊胚期，內細胞團的上胚層細胞(Epiblast cells)便失去了發育造成胚外組織的能力，但仍保留造成胚體的能力，即發育多能性（pluripotency）。多能性狀態隨着發育程度的不一樣，能夠分爲原始多能態（Naive pluripotency）和始發多能態（primed pluripotency）。原始多能態較始發多能態具更強的嵌合體造成能力和發育潛能，二者在雌性細胞X染色體的激活狀態、表觀遺傳特徵、代謝特徵及多能性調控網絡等方面存在顯著差別。
已知在齧齒類中，着牀前的上胚層細胞處於原始多能態（Naive pluripotency），在着牀後轉換爲始發多能態（Primed pluripotency），所以很容易從着牀前胚胎中創建具原始多能態的胚胎幹細胞系。在靈長類中，早期胚胎多能性狀態的變化模式尚不清楚。可是，從人和非人靈長類着牀前胚胎中創建的胚胎幹細胞系，都表現出始發多能態特徵，提示靈長類早期胚胎的多能性變化模式可能不一樣於齧齒類。
爲了研究靈長類早期胚胎多能性的動態變化，研究人員收集了獼猴囊胚發育的4個時期，對每一個時期上胚層細胞進行了單細胞轉錄組分析，經過在蛋白編碼基因層面以及非編碼因子層面（包括轉座子和長非編碼RNA）的分析，以及構建多能性網絡相關基因等計算方法，發現靈長類着牀前胚胎細胞的發育多能性存在不一樣的狀態。在早期（Early blastocyst）和中期囊胚（Middle blastocyst）時期，上胚層細胞處於原始多能態，此後原始多能性特徵丟失，並逐步得到始發多能態特徵。所以，不一樣於齧齒類，靈長類的原始多能態存在的時間窗口極其短暫。該研究解釋了靈長類原始多能態胚胎幹細胞難以得到的緣由，也爲如何從囊胚中直接創建具原始多能態靈長類多能幹細胞提供了適合的時間窗口。