“路线图”追踪胚胎发育的轨迹

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科学家们已经绘制出关键的分子变化，这些变化协调胚胎小鼠细胞如何分化成不同的细胞类型，最终形成成年动物的所有不同组织和器官。

基因组科学教授杰伊·申杜尔 (Jay Shendure) 表示，这种小鼠胚胎发生的“路线图”将帮助研究人员了解控制不同特化细胞类型如何从分化程度较低的细胞中出现的分子程序，因为胚胎的生长和发育不仅适用于小鼠，也适用于人类。在华盛顿大学医学院，Brotman Baty 精准医学研究所科学主任和霍华德休斯医学研究所研究员。

“我们以单细胞合子的形式开始生活，而该细胞在短短几周或几个月内分裂并分化成数百种细胞类型，”Shendure 指出。“所以，问题是：这是怎么发生的？细胞采取什么途径？形成这些决定的基因是什么？”

研究人员今天在《自然遗传学》杂志上报告了他们的发现。 Shendure 实验室的计算生物学家和博士生邱承祥是该论文的第一作者，为了绘制出这一过程，Shendure 和他的同事利用了从小鼠研究中收集的公开数据，这些研究使用了一种称为单细胞 RNA 测序 (scRNA-seq) 的技术。

这项技术使科学家能够识别和量化单个细胞内不同信使 RNA 分子的水平。因为这些 mRNA 是从激活的基因中复制而来的，所以它们在细胞中的存在表明了哪些基因在给定的时间点是活跃的。

为了补充这些数据，研究人员还使用了从小鼠胚胎发育第 8 天开始的关键 24 小时内每两小时采样一次的大约 150,000 个胚胎小鼠细胞核产生的 scRNA-seq 数据。

邱结合这些数据，并在调整它们以考虑不同研究人员使用的技术差异后，确定了从小鼠胚胎发育的第 3.5 天到第 13.5 天的 19 个阶段的胚胎细胞状态，当时大多数关键胚胎结构已经出现。在小鼠中，从单细胞受精卵到活产幼崽的妊娠只需要 21 天。

生成的地图追踪了细胞发育和分化成不同细胞类型时基因活性的变化。邱说，特别令人感兴趣的是关键调节蛋白基因的活性，称为转录因子，它协调细胞生长、发育和功能。

“随着胚胎发生的进行，细胞会像树枝一样分支成不同的细胞类型，”邱说。“在这些分支点活跃的转录因子往往对新的细胞类型具有特异性。” 邱指出，另一方面，一些转录因子在许多不同的细胞类型中似乎都很活跃，这表明它们在调节细胞生长和功能方面发挥着更普遍的作用。

展望未来，研究人员希望从胚胎发育中越来越多的点获得 scRNA-seq 数据，以更详细地捕捉基因表达的变化。该团队希望这张名为 TOME（哺乳动物胚胎发生轨迹）的新地图将作为研究胚胎发育许多方面的研究人员的资源。