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北京大学杜鹏团队合作陆续发表5篇Cell

iNature  · 公众号  ·  · 2024-06-06 09:58

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合子的分裂产生全能的卵裂球。 在人类8细胞卵裂球中,合子基因组激活(zygotic genome activation, ZGA)启动了个体发生程序。然而,在人类细胞中获取和维持全能性面临着重大挑战。

2024年6月5日,北京大学杜鹏团队在 Cell 在线发表题为“ Capturing totipotency in human cells through spliceosomal repression ”的研究论文, 该研究表明通过剪接体能够抑制在人细胞中捕获全能性。 该研究实现了人类全能卵裂球样细胞(hTBLCs)的培养。研究发现剪接抑制可以短暂地将人类多能干细胞重编程为ZGAlike细胞( ZLCs),并在长期传代后转变为稳定的hTBLCs。

与报道的8细胞样细胞(8CLCs)不同, ZLCs和hTBLCs广泛沉默多能基因。有趣的是, ZLCs激活了一组特定的ZGA特异性基因,而hTBLCs富含pre-ZGA特异性基因。在自发分化过程中,hTBLCs重新进入中间的ZLC阶段,并进一步产生外胚层(EPI)-、原始内胚层(PrE)-和滋养外胚层(TE)样谱系,有效地再现了人类着床前的发育。hTBLCs具有胚胎和胚胎外发育潜能,可以在体外不需要外部细胞信号的情况下自主产生囊胚样结构。 总之,该研究提供了人类细胞全能性的关键标准和见解。

另外, 2023年12月12日,中国科学院动物研究所焦建伟研究组、广州国家实验室董骥研究组、北京大学杜鹏研究组和北京大学靳蕾研究组合作共同通讯在 Cell 在线发表题为“ Spatiotemporal transcriptome atlas reveals the regional specification of the developing human brain ”的研究论文, 该研究通过结合空间转录组学(scStereo-seq)和scRNA-seq,建立了6-23孕周(GWs)人类大脑多个区域的时空发育图谱。 研究发现,在GW8左右,径向胶质细胞(RG)表现出区域异质性和特定的空间分布。 有趣的是,RG亚型的区域异质性有助于随后的神经元特化。 具体来说,两种间脑特异性亚型产生谷氨酸能和GABA能神经元,而腹侧中脑的亚型与多巴胺能神经元相关。 新皮质和间脑具有相似的GABA能神经元亚型。 此外,作者发现少突胶质前体细胞和GABA能神经元之间的细胞间相互作用影响并促进了神经元的发育,并伴有区域特异性。 总之,这项研究为发展中的人类大脑的区域特化供了全面的见解( 点击阅读 )。

2023年9月11日,北京大学杜鹏团队在 Cell 在线发表题为“ Spatiotemporal insight into early pregnancy governed by immune-featured stromal cells ”的研究论文, 该研究表明,使用scStereo-seq技术可以用于对不同的免疫细胞、内皮细胞、滋养细胞和蜕膜基质细胞(DSCs)组装的动态功能蜕膜中心进行空间可视化和定义。 该研究揭示了DSC的转分化轨迹,并令人惊讶地发现了一种双特征类型的免疫特征DSC (iDSCs)。 该研究发现未成熟的DSCs在脱细胞化起始过程中吸引免疫细胞并在间充质上皮过渡中心诱导蜕膜血管生成。 iDSCs分别促进免疫细胞募集和抑制,控制血管形成,促进免疫细胞聚集和血管中心的细胞溶解,从而在后期建立个体稳态。 有趣的是, 能失调和空间紊乱的iDSCs导致免疫细胞在血管中枢的异常积聚,从而破坏了个体枢纽的规范,最终导致DBA/2-交配CBA/J小鼠的妊娠并发症( 点击阅读 )。

2022年5月26日,北京大学杜鹏团队在 Cell 在线发表题为“ A plant immune protein enables broad antitumor response by rescuing microRNA deficiency ”的研究论文,该研究 表明 植物 RDR1 的异位表达通常可以抑制癌细胞增殖。 在许多人类原发性肿瘤中,具有 1-nt-短 3' 末端的异常 microRNA 同种型被广泛积累。 具有核苷酸转移酶活性的 RDR1 可以识别和修饰有问题的带有单核苷酸的不含 AGO2 的 microRNA 双链体,以恢复其 2 nt 突出结构,最终挽救 AGO2 加载效率并提高全局 miRNA 表达以特异性抑制癌细胞周期。 RDR1 的广泛抗肿瘤作用可以通过腺相关病毒递送,在体内多个异种移植肿瘤模型中可见。 总之,该研究揭示了 异常 microRNA 同种型在肿瘤中的广泛积累,并通过编辑和修复有缺陷的 microRNA 开发了植物 RDR1 介导的抗肿瘤策略( 点击阅读 )。

2021年5月14日,北京大学杜鹏团队在 Cell 在线发表题为“ Mouse totipotent stem cells captured and maintained through spliceosomal repression ”的研究论文,该研究 报告 小鼠ESCs剪接体抑制驱动多能到全能状态转换。 该研究使用剪接抑制剂Pladienolide B,可以在分子水平上与2细胞和4细胞卵裂球(称为全能卵裂卵球样细胞(TBLC))相比,在全能的ESC上实现稳定的体外培养。 小鼠嵌合检测与单细胞RNA测序(scRNA-seq)结合表明TBLC具有强大的双向发育能力,可产生多种胚胎和胚外细胞谱系 。在机制上,剪接体阻遏导致多能基因的广泛剪接抑制,而几乎不含短内含子的全能基因被有效剪接并转录激活。 该研究研究提供了一种捕获和维持全能干细胞的方法( 点击阅读 )。

受精后,受精卵基因组在一开始是沉默的。 最初的几轮细胞分裂依赖于母体物质,直到合子基因组激活(ZGA)发生,这在不同物种中是保守的。在人类中,ZGA发生在8细胞卵裂球中,而在小鼠中,它发生在2细胞卵裂球中。 受精卵和早期卵裂球代表全能性,它严格地由产生整个生物体的能力和产生胚胎和胚胎外组织的双向能力来定义。全能卵裂球启动细胞命运的第一轮决定,产生滋养外胚层(TE),形成胚外胎盘组织,以及内细胞团(ICM),后者进一步分化为原始内胚层(PrE)和多能外胚层(EPI)谱系,分别产生胚外卵黄囊和整个胚胎组织。
从ICM细胞中获得并建立了人类胚胎干细胞(hESC)系将成纤维细胞重编程为诱导多能干细胞(iPSCs)已经克服了与ESC来源和伦理问题相关的限制。目前,多能hESCs和iPSCs广泛应用于基础研究和转化医学。hESCs和iPSCs的分化能力是决定干细胞衍生功能细胞类型和质量的基础,这方面的研究仍然有限。最近,一种表达ZGA特异性基因的8细胞样细胞(8CLCs),特别是在8细胞卵裂球中富集,包括ZSCAN4和 DUXA ,在初始多能ESC培养条件下以极低的百分比被捕获。 值得注意的是,这些8CLCs是亚稳态的,可以迅速恢复到多能状态,因此不能稳定地培养多次传代。到目前为止,接近卵裂球早期阶段的人类细胞还不能在体外稳定地培养。
机理模式图(图源自 Cell
该研究利用hTBLCs的PrE -ZGA特征,建立了hTBLCs自发分化和囊胚形成系统,在该系统中,hTBLCs通过ZLC样阶段过渡并经历两次细胞命运决定,导致EPI、TE和PrE谱系平行产生。 这使得人类首次实现了对整个胚胎着床前发育的重塑。值得注意的是,这两个系统都不需要外部信号操作。这与之前基于hESC/iPSC的多能诱导系统不同,后者需要多种细胞信号因子,如A83-01、PD0325901和BMP4,以及长时间传代和集落选择来产生胚外TE或PrE细胞,反映了典型的反分化过程。结果表明,多能hESC/iPSC或hEPSCs在相同的条件下不能产生TE/PrE谱系或囊胚样结构。 因此,hTBLCs具有hESCs/iPSCs或hEPSCs所没有的独特的全能性,并建议采用类似的细胞自发分化策略,不需要人工细胞信号传导操作和长期传代,作为评估体外培养的全能性样干细胞的关键标准。

原文链接:
https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(24)00519-1







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