在体外重现非人灵长类动物胚胎原肠运动的发生

 行业动态     |      2019-11-06 21:08

   前期胚胎发育关乎生命根源,一直是生物学研讨的热门和难点。哺乳动物胚胎在输卵管中经一系列卵裂和分解构成囊胚。随后,囊胚搬迁至子宫进行着床。着床前后,胚胎中部分细胞开端移动、重排和分解,发动原肠运动(Gastrulation),构成内、中、外三个胚层,为胚胎体轴树立和器官发育奠定根底。前期胚胎发育和原肠运动发作反常往往导致妊娠失利和出世后器官缺点等严重疾病。英国闻名发育生物学家路易斯·沃伯特曾说:“人终身最重要的时间不是出世、成婚和逝世,而是原肠运动”。

  受限于道德和研讨技能等,灵长类动物胚胎原肠运动的研讨十分有限。着床后胚胎发育对母体的依靠程度仍不清楚。

  2019年10月31日,Science杂志以“Research article”方式在线宣布的一项体外重现非人灵长类动物胚胎原肠发作的作业,为研讨灵长类动物前期胚胎发育进程树立了重要的研讨根底。这项研讨是中国科学院动物研讨所和中国科学院干细胞与再生医学立异研讨院王红梅课题组和李磊课题组与中国科学院昆明动物研讨所、中科院动物进化与遗传前沿穿插杰出立异中心郑萍课题组一起协作的研讨作业:“In vitro culture of cynomolgus monkey embryos beyond early gastrulation”。

  该研讨中,作者凭借团队深耕多年树立的非人灵长类动物胚胎体外培育体系,将食蟹猴囊胚体外培育至原肠运动呈现,并进一步发育至受精后20天。研讨从形态学、标记分子染色和单细胞转录组等多个视点供给了充沛的依据,证明体外发育的食蟹猴胚胎高度重现体内胚胎发育包含原肠运动在内的多个重要事情;榜首次供给了灵长类动物前期胚胎发育进程中羊膜细胞的基因表达特征,偏重新界说了多种灵长类动物前期胚胎细胞类型。

  原肠运动作为胚胎发育最重要事情之一,是一个陈旧而奥秘的研讨范畴。前期的发育生物学家们对原肠运动的论述各不相同,直到上世纪五六十时代,原肠运动才有了较为一致的界说,即“细胞经有序的搬迁后分解构成三个胚层”。形式动物的使用关于人类知道原肠运动发挥了不行代替的重要作用。发育生物学家开始以结构简略的低一级无脊椎动物,如海绵、水母、海胆、线虫和果蝇等研讨原肠运动,提醒了该进程中细胞运动、细胞极化、细胞衔接和细胞间通讯等根本细胞生物学事情;继而选用高级脊椎动物,如鱼类(斑马鱼)、两栖类(非洲爪蟾)和哺乳类(小鼠)等为模型探究原肠运动,原肠运动发作机制的奥秘面纱被逐步揭开。

  但是,上述形式动物与人类存在很大差异,即便同为哺乳动物的啮齿类,其前期胚胎也与灵长类动物存在明显不同,比方小鼠胚胎着床后上胚层构成杯状结构,而灵长类动物胚胎则构成双层胚盘状结构。因而,无法将小鼠的研讨结果直接推演到人类等灵长类动物。

  最近,科学家测验将人类胚胎体外培育至受精后12-13天,遭到世界广泛重视。这项研讨以与人遗传与进化较为挨近的食蟹猴作为形式动物,避免了人类胚胎培育14天的道德约束,初次证明灵长类动物胚胎能够在没有母体支撑的情况下体外发育至原肠运动,偏重现了灵长类动物前期胚胎发育的几个要害事情。

  这一研讨对探究灵长类动物前期胚胎发育和原肠运动拓荒了簇新研讨渠道,为人类前期胚胎发育反常等严重疾病的临床药物研制和再生医学的开展供给了潜在的新东西,为人类深化知道胚胎发育机制和体外孕育生命(非人)探究供给了重要数据。

  研讨由中国科学院动物研讨所、中国科学院昆明动物研讨所、中国科学院干细胞与再生医学立异研讨院和中国科学院动物进化与遗传前沿穿插杰出立异中心协作完结。中国科学院动物研讨所和昆明动物研讨所联合培育博士生马怀孝(2018年8月起任昆明动物研讨所助理研讨员)、中国科学院动物研讨所和中国科学院干细胞与再生医学立异研讨院博士生翟晶磊、助理研讨员万海峰和博士后蒋祥祥为该论文的一起榜首作者。中国科学院动物研讨所和中国科学院干细胞与再生医学立异研讨院王红梅研讨员、李磊研讨员和中国科学院昆明动物研讨所及中科院动物进化与遗传前沿穿插杰出立异中心郑萍研讨员为该论文的一起通讯作者。这项作业得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家重点研制方案和国家基金委等项目的支撑。也得到了昆明动物研讨所“形式动物(灵长类)表型与遗传研讨国家严重科技根底设施”的技能支撑。