研究人员揭示人类胚胎发育机制

胚胎照片

基因表达图

最近，北京大学研究小组利用先进的单细胞核糖核酸序列转录组测序技术绘制了一张完整的人类植入前胚胎和胚胎干细胞的转录组图谱。这项重要的研究结果发表在9月号的《自然结构与分子生物学》上。

所有从细胞转录的核糖核酸都被称为转录组，包括编码蛋白质的核糖核酸和非编码核糖核酸。转录组的准确分析将有助于全面深入地理解细胞中基因表达调控的分子机制。转录组分析通常需要数万到数十万个细胞。然而，受人类早期胚胎标本的特殊性和起源的限制，人类对自身胚胎和发育机制的了解极其有限。

唐研究员开发的单细胞RNA-Seq转录组测序技术为进一步探索人类胚胎发育的奥秘提供了一条新的技术路线。该研究团队利用测序技术对不同发育阶段的90个早期胚胎单细胞和34个人类胚胎干细胞系单细胞进行了详细分析，构建了世界上最完整的人类胚胎发育基因表达图谱，检测到22，687个母体基因，其中包括8，701个长非编码核糖核酸(lncRNAs)，与之前通过基因芯片检测到的9，735个相比，显著增加了母体基因的数量。

研究人员在世界上首次成功地从胚泡期胚胎中分离出三种类型的细胞(上胚层细胞、原始内胚层细胞和滋养层细胞)，并进一步分析了它们的基因表达，发现了一批与细胞分化相关的新标记基因。

研究人员还首次将单细胞核糖核酸序列高通量测序技术与核糖核酸从头组装生物信息学分析技术相结合，并从人类植入前胚胎中发现了2700多个新的核糖核酸。许多lncRNA表达具有发育阶段特异性，并可能参与植入前胚胎发育过程中的细胞命运决定。此外，他们还首次在建立过程的最早阶段(第0代)测试了人胚胎干细胞的转录组，解决了长期存在的人胚泡中的表胚细胞与体外培养的人胚胎干细胞之间的基因表达模式是否相同的问题，证实了胚泡中的表胚细胞与建立过程最早阶段的人胚胎干细胞具有显著不同的转录组，有1400多个基因表现出差异表达。

在本研究中，研究人员还系统地比较了他们采用的单细胞转录组分析技术和在世界上更流行且具有商业试剂盒的Smart-Seq单细胞转录组分析技术，发现该研究组采用的技术在灵敏度、技术稳定性和全长覆盖均匀性方面明显优于Smart-Seq技术。

这项研究工作为研究者提供了一个完整的人类早期胚胎和胚胎干细胞转录组表达网络，对深入研究胚胎发育机制、了解胚胎干细胞、安全评价和改进人类辅助生殖技术、预测遗传性疾病具有重要意义和深远影响。

北京大学第三医院的教授和北京大学生命科学学院生物动态光学成像中心的唐研究员和研究员是本文的共同作者。严博士和研究生是论文的合著者。这项研究得到了国家重大科学研究计划和国家自然科学基金的支持。(来源:科学网络)