Dev Cell：清华大学周帆团队揭示了小鼠、猴子和人类胚胎中前后轴的发生机制
该研究揭示了小鼠、猴子和人类胚胎中前后轴的发生机制。
前后轴的形成由远端内脏内胚层(DVE)和前内脏内胚层(AVE)调节，是着床前后胚胎发生的必要条件。然而，DVE和AVE的起源和特化原理仍然难以捉摸。
2023年1月9日，清华大学周帆团队在Developmental Cell(IF=13)在线发表题为“Decoding anterior-posterior axis emergence among mouse, monkey, and human embryos”的研究论文，该研究揭示了小鼠、猴子和人类胚胎中前后轴的发生机制。在这里，作者通过单细胞转录组分析和拟时序分析，表明DVE和AVE独立起源于小鼠囊胚的特化初级内胚层。沿着不同的发育路径，这两种谱系分别经历了四种有代表性的状态，在着床前后具有阶段特异性的转录模式。
进一步的比较分析表明，AVE，而不是DVE，在人类和非人类灵长类动物胚胎中被检测到，确定了不同物种之间极性形成的差异。此外，干细胞组装的人胚细胞缺乏DVE或AVE前体，这意味着额外诱导具有DVE/AVE潜能的干细胞可以促进当前的胚胎样模型及其着床后生长。该工作为深入了解胚胎极性形成和早期哺乳动物发育提供良好的的机会。
着床后，小鼠胚胎逐渐建立前后(AP)极性，标志着原肠胚形成的开始，随后是主条纹和胚层的后续规范。目前已有广泛的研究表明，小鼠胚胎的AP极性是由E6.5.在胚胎未来前侧产生的前内脏内胚层(AVE)时产生的，AVE作为信号中心发挥“灯塔作用”，控制着前侧神经系统的初始特化和后侧神经系统的初级条纹。
有趣的是，AVE是否来源于早期Lefty1+远端内脏内胚层(DVE)一直存在争议。遗传谱系追踪和免疫组织学实时成像显示，由Lefty1-E5.5周围的内脏内胚层(VE)细胞向远端转移。目前尚不清楚DVE和AVE是否代表两种独立的谱系，具有不同的起源和发展途径。与此同时，体外培养系统在很大程度上促进了对猴子和人类着床前后阶段的研究。然而，由于样本有限和伦理问题，对AVE和灵长类胚胎体轴形成的研究仍处于初步阶段。
理解胚胎谱系专门化的挑战在于少数新生细胞只是在很短的发育窗口内出现，在这种不同步的细胞命运转变过程中表现出了大部分未被表征的分子异质性。基于单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据的拟时序重建似乎是揭示谱系规范和相关分子事件的可靠工具。因此，利用RNA速度算法和CellRank，作者通过单细胞转录组学来研究小鼠胚胎中DVE和AVE的细胞命运轨迹和最可能的路径。为了识别物种间的差异，作者整合了新测序和已发表的植入后培养胚胎的数据集，提供了小鼠、猴子和人类的DVE和AVE谱系的基因表达模式的概述。
机理模式图(图源自Developmental Cell)
在这里，通过组学数据分析，作者的研究重建了小鼠、猴子和人类在着床期发育过程中DVE和AVE谱系的分子事件。深入分析了AP轴相关谱系的发育轨迹和特征，将为研究胚胎发生过程中细胞命运决定的分子机制提供启发，也为胚胎培养的体外模拟和生殖医学的进展提供线索。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.devcel.2022.12.004
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