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探秘生命之初:类胚胎的研究革命与伦理探究

科学 2024年第2期76卷 8-11页

作者：杨洁张弛李天晴不详昆明理工大学灵长类转化医学研究院昆明650500

解析人类胚胎发育的关键,是人类生殖和人口健康的重大需求。利用干细胞“人工”组装成类胚胎为解决关键科学问题提供新思路。在生物医学的探索中,干细胞研究正照亮生命最神秘的初章。在这一领域中,基于干细胞的类胚胎研究尤为突出,它通... 详细信息

解析人类胚胎发育的关键,是人类生殖和人口健康的重大需求。利用干细胞“人工”组装成类胚胎为解决关键科学问题提供新思路。在生物医学的探索中,干细胞研究正照亮生命最神秘的初章。在这一领域中,基于干细胞的类胚胎研究尤为突出,它通过干细胞的自组装揭开了人胚胎早期发育的神秘面纱。这不仅是对细胞命运和发育生物学的深入洞察,更是对生命本源及其演化历程的精妙探索。类胚胎研究颠覆了我们对生命早期发育的传统认识,并为再生医学和疾病诊疗带来了新的机会。本文将引导你步入类胚胎研究的核心,了解干细胞在这一过程中的关键作用,并深入分析这一领域所引发的科学革新和伦理讨论。

关键词：干细胞人的类胚胎着床胚胎发育原肠运动器官发生

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中胚层细胞的形成及向血系分化的研究进展

生命科学 2019年第11期31卷 1116-1125页

作者：刘光辉马晴雯曾凡一上海交通大学附属儿童医院上海市儿童医院上海交通大学医学遗传研究所国家卫健委医学胚胎分子生物学重点实验室上海市胚胎与生殖工程重点实验室上海200040 上海交通大学基础医学院组织胚胎学与遗传发育学系上海200025

在原肠运动过程中,原条的位置上出现一类新的细胞将上胚层和下胚层分隔开,并且形成新的胚层,这层新的细胞称为中胚层。中胚层细胞将来分化为血液、骨骼、肌肉、肾脏、结缔组织、真皮、泌尿生殖系统等重要的组织和器官。其中,血液系统是... 详细信息

在原肠运动过程中,原条的位置上出现一类新的细胞将上胚层和下胚层分隔开,并且形成新的胚层,这层新的细胞称为中胚层。中胚层细胞将来分化为血液、骨骼、肌肉、肾脏、结缔组织、真皮、泌尿生殖系统等重要的组织和器官。其中,血液系统是维持正常生命活动的重要组成部分。血液系统形成过程受到复杂而又精细的分子调控。近年来,随着单细胞RNA高通量测序技术和生物信息学分析方法的不断发展,中胚层细胞的分子特性、命运图谱及其血系分化机理的神秘面纱被逐步揭开。

关键词：原肠运动原条 EMT 中胚层单细胞RNA-seq 血系分化

哺乳动物早期胚胎发育及干细胞分化过程中的表观遗传调控研究

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生命科学 2017年第10期29卷 1046-1051页

作者：杨贤法景乃禾中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所分子细胞科学卓越创新中心细胞生物学国家重点实验室上海200031 中国科学院大学北京100864 上海科技大学生命科学与技术学院上海201210

哺乳动物早期发育过程伴随着细胞的增殖、迁移以及细胞命运的层级特化。体外干细胞系在合适刺激下的定向分化可以部分模拟早期胚胎发育及细胞命运决定的历程。在细胞命运层级特化过程中,细胞通过多重调控机制协调全能性相关基因的维持... 详细信息

哺乳动物早期发育过程伴随着细胞的增殖、迁移以及细胞命运的层级特化。体外干细胞系在合适刺激下的定向分化可以部分模拟早期胚胎发育及细胞命运决定的历程。在细胞命运层级特化过程中,细胞通过多重调控机制协调全能性相关基因的维持及关闭、特定谱系关键基因的时空特异性表达,表观遗传调控在该过程中发挥着十分重要的作用。开展针对体内胚胎发育及体外干细胞定向分化过程中细胞命运决定表观调控机制的研究,将推动对发育生物学基本科学问题的认识,同时也将进一步推动再生医学的发展,最终服务于国家人口健康发展战略。

关键词：胚胎发育干细胞表观遗传调控细胞命运决定原肠运动

高精度时空转录组揭示小鼠早期胚胎三胚层细胞谱系发生过程

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中国细胞生物学学报 2020年第1期42卷 1-8页

作者：崔桂忠彭广敦景乃禾中国科学院分子细胞科学卓越创新中心/生物化学与细胞生物学研究所细胞生物学国家重点实验室上海200031 中国科学院广州生物医药与健康研究院/广州再生医学与健康广东省实验室广州510530 中国科学院广州生物医药与健康研究院细胞谱系和图谱中心广州510530

从受精卵发育成具有不同细胞类型个体的过程中,细胞命运受到多个层次的调控。在哺乳动物的早期胚胎发育过程中,原肠运动是外、中、内三个胚层的建立过程,为后续的器官发生和形态建成提供了发育蓝图。然而目前对于三胚层命运建立的分子... 详细信息

从受精卵发育成具有不同细胞类型个体的过程中,细胞命运受到多个层次的调控。在哺乳动物的早期胚胎发育过程中,原肠运动是外、中、内三个胚层的建立过程,为后续的器官发生和形态建成提供了发育蓝图。然而目前对于三胚层命运建立的分子机制认识并不清晰。该文通过对小鼠早期胚胎的时空转录组分析,从分子层面揭示了外、中、内三胚层谱系发生的整个过程。

关键词：细胞谱系原肠运动时空转录组

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grb10在爪蟾早期胚胎发育中的功能研究

grb10在爪蟾早期胚胎发育中的功能研究

作者：张凌波清华大学

学位级别：硕士

脊椎动物体制建立是在原肠运动中得以完成的。以往的研究显示多条信号通参与了对原肠运动过程中细胞极性和细胞运动的调控。其中,Wnt/PCP(平面细胞极性)信号通路发挥了很重要的作用。Grb7/10/14是一个包含有多个结构域的接头蛋白家族,... 详细信息

脊椎动物体制建立是在原肠运动中得以完成的。以往的研究显示多条信号通参与了对原肠运动过程中细胞极性和细胞运动的调控。其中,Wnt/PCP(平面细胞极性)信号通路发挥了很重要的作用。Grb7/10/14是一个包含有多个结构域的接头蛋白家族,该家族参与了包括胰岛素信号通路在内的多种受体酪氨酸激酶信号通路的调控。但是,Grb7/10/14家族在胚胎早期发育中的功能还不清楚。本实验克隆了爪蟾的grb10基因,并对其进行了功能研究。实验结果显示,grb10是一个母源基因,在原肠胚时期的中胚层和内胚层组织中有表达。神经胚时期,grb10广泛的表达于包括中枢神经系统和体节在内的多种组织。过量表达和敲减实验证明grb10直接参与了对原肠运动的调控。在背部中胚层区域,过量表达或敲减grb10会破坏细胞极性的建立和原肠运动。在分子水平,Grb10可能是影响了Wnt/PCP信号通路,并且,上位性实验显示其作用于Dishevelled的下游。本课题的实验结果提供证据支持了一种未被报道的grb10基因在胚胎早期发育中的功能。

关键词：爪蟾 grb10 原肠运动 JNK Wnt

Nrf2在热带爪蟾早期胚胎发育中的表达模式与功能的初步研究

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Nrf2在热带爪蟾早期胚胎发育中的表达模式与功能的初步研究

作者：刘阿梅温州大学

学位级别：硕士

Nrf2(Nuclear factor erythroid 2-related factor 2)属于CNC(Cap’-N’-Collar)转录因子家族成员蛋白,与特异性顺式作用元件ARE(antioxidant response element)结合,并启动下游基因转录。研究表明,约有600多个基因受Nrf2转录调控,其中包含大量的抗氧化酶,II相解毒酶和热休克蛋白等基因。因此,Nrf2是氧化应激调节因子,在氧化应激,细胞保护和抗衰老中发挥着重要作用。然而,最近的研究却发现,过度活化Nrf2会造成小鼠出生后致死,干细胞过度分化而衰竭,肾脏发育不良等负面影响。提示Nrf2不仅参与调控细胞保护基因维持机体内稳态,还参与细胞命运决定,影响生长与发育。但是,到目前为止关于Nrf2在早期胚胎发育中的角色及其作用机制还十分的不清晰。我们以热带爪蟾为模式生物,首先利用qPCR和整体胚胎原位杂交技术(WISH)揭示Nrf2在热带爪蟾胚胎发育过程中的时空表达模式;再通过显微注射Nrf2 mRNA,观察过表达Nrf2对细胞行为,器官原基决定和整体胚胎发育的影响;最后借助RNA-Seq和生物信息学分析,从转录组水平探讨Nrf2调控胚胎发育的分子网络关系。结果显示,Nrf2表达贯穿于热带爪蟾早期胚胎整个发育史:在卵裂期、桑葚期以及囊胚期主要表达于动物极,原肠胚期微弱地表达于胚孔周围;神经胚期表达于脊索部位;在尾牙后期则大量表达于头部、脊柱等重要中枢神经系统区域。有趣是,Nrf2在原肠胚期的表达却骤然降到最低。随后,我们对早期胚胎抗氧化指标进行测定,发现在原肠期时处于最敏感状态。那么,Nrf2究竟在此时期扮演什么角色?通过显微注射过量表达Nrf2,结果发现,胚胎发育异常并出现特异表型。主要表现为:原肠期胚孔闭合异常、神经期胚神经管无法闭合、尾牙期的脊柱弯曲、蝌蚪期出现小眼、晶状体浑浊以及泄殖腔变宽等。随后,对原肠胚和神经胚的转录组研究发现:过表达Nrf2后,原肠胚期参与胚层分化、体轴建立和官原基形成的相关基因显著下调;而神经胚期,过表达Nrf2则显著抑制了神经管、神经脊发育的相关基因并纤毛和细胞运动等相关基因。进一步的KEGG信号通路分析,Nrf2影响了许多信号通路的改变:主要包含细胞粘附、氧化磷酸化,Ca、Wnt以及Hedgehog等信号通路。因此,胚胎过表达Nrf2后,造成的发育异常可能是由于下调了这些发育相关的信号通路所导致的结果。综上所述,本研究发现Nrf2是一个母源基因,表达贯穿于整个胚胎发育史,参与神经系统发育。其在胚胎早期胚层分化和细胞命运决定过程中发挥关键作用。本研究通过对Nrf2在胚胎发育中表达模式与功能的初步探讨,我们的研究结果为更好的理解氧化还原信号在胚胎发育过程中的作用机制提供新的视角。

关键词： Nrf2 胚胎发育细胞命运决定原肠运动氧化应激

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AXBP1对斑马鱼早期胚胎发育的影响

AXBP1对斑马鱼早期胚胎发育的影响

作者：朱蓉厦门大学

学位级别：硕士

AXBP1是我们通过酵母双杂交筛选得到的一个全新的与体轴抑制因子Axin1相互作用的蛋白,序列分析发现其N端具有一个保守的RWD结构域和一个保守的RING结构域,因而我们认为AXBP1属于锌指蛋白家族,是一种RING型锌指蛋白。本次研究以斑马鱼(Da... 详细信息

AXBP1是我们通过酵母双杂交筛选得到的一个全新的与体轴抑制因子Axin1相互作用的蛋白,序列分析发现其N端具有一个保守的RWD结构域和一个保守的RING结构域,因而我们认为AXBP1属于锌指蛋白家族,是一种RING型锌指蛋白。本次研究以斑马鱼(Danio rerio)为实验模型从基因结构、表达谱、功能分析等方面研究了 AXBP1在胚胎发育过程中的作用。首先我们将酵母双杂交得到的人的AXBP1的氨基酸序列在NCBI数据库做序列比对,得到一个与其同源的斑马鱼AXBP1基因序列,并根据该序列设计引物克隆得到全长的zAXBP1。通过整胚原位杂交实验对zAXBP1在斑马鱼胚胎中的表达谱进行了分析,我们发现zAXBP1在斑马鱼胚胎发育的各个阶段都有表达:原肠胚期在体轴区域富集表达,并随着发育不断延伸,随后在胚胎躯干部位广泛的表达,这说明zAXBP1在斑马鱼整个胚胎发育过程中都起到一定的作用,尤其是与原肠运动和体轴的形成、发育有关。进一步实验证明过表达和敲低zAXBP1均能造成斑马鱼体轴、肌节发育的异常。此外,我们发现过表达和敲低zAXBP1 的斑马鱼胚胎中,标志基因 noggin、chordin、gsc、hgg1、dlx3、ntl 的表达水平和表达区域均发生显著变化,说明zAXBP1能够影响斑马鱼的原肠运动,并且通过对汇聚延伸运动的影响进而影响斑马鱼体轴的形成和发育。在对zAXBP1功能域进行精确定位时,我们发现RING结构域可能与延伸运动有关,而RWD结构域可能与汇聚运动有关。更重要的是我们发现AXBP1作用的发挥与其泛素化连接酶活性有关,这为找寻zAXBP1功能的分子机制指明了方向。另外我们还证实了,AXBP1能够抑制与斑马鱼汇聚延伸运动密切相关的Rho GTPases蛋白Rac1的泛素化降解。综上,本次研究证实AXBP1对斑马鱼胚胎发育过程中细胞运动,体轴、肌节的形成和发育具有重要的作用,初步揭示了 AXBP1起作用的结构域和活性位点,为我们进一步研究AXBP1的分子机理奠定了基础。

关键词： AXBP1 胚胎发育原肠运动

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哺乳动物早期胚胎发育研究进展和伦理

生物医学转化 2020年第1期1卷 35-42页

作者：王红梅中国科学院动物研究所干细胞与生殖生物学国家重点实验室北京100101 中国科学院干细胞与再生医学创新研究院北京100101 中国科学院大学存济医学院北京100049

早期胚胎发育关乎生命健康本源。解析人类早期胚胎发育调控机制可从源头提升人口健康,提高人口素质,从而促进经济社会可持续发展。然而,受限于技术和伦理,人类早期胚胎发育调控机制尚未得到全面解析。近年来,随着哺乳动物胚胎体外培养... 详细信息

早期胚胎发育关乎生命健康本源。解析人类早期胚胎发育调控机制可从源头提升人口健康,提高人口素质,从而促进经济社会可持续发展。然而,受限于技术和伦理,人类早期胚胎发育调控机制尚未得到全面解析。近年来,随着哺乳动物胚胎体外培养和“类胚胎”等技术的发展,人类进入解开自身早期胚胎发育之谜的最好时代,同时也迎来了新一轮伦理挑战。本文系统地回顾了以啮齿类和灵长类为主的哺乳动物早期胚胎发育领域的研究进展,探讨了人类胚胎研究相关的伦理争议,展望了早期胚胎发育研究的发展方向,希冀为人类认知早期胚胎发育事件和出生缺陷及多种发育源性疾病的发病机制与诊疗提供新思路和新手段。

关键词：早期胚胎发育原肠运动器官发育胚胎体外培养类胚胎伦理思考

早期胚胎细胞谱系研究--揭示生命发育早期的黑盒子

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生命科学 2016年第8期28卷 839-843页

作者：彭广敦景乃禾中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所细胞生物学国家重点实验室上海200031

哺乳动物的早期胚胎发育,通过多个层次的细胞命运决定,建立了胚胎器官发生、形态建成的整体发育蓝图,是生命体最重要的分子事件之一。早期胚胎发育过程伴随了全能性的维持和分化,以及各种多能干细胞命运的次序决定,任何发育进程上的缺... 详细信息

哺乳动物的早期胚胎发育,通过多个层次的细胞命运决定,建立了胚胎器官发生、形态建成的整体发育蓝图,是生命体最重要的分子事件之一。早期胚胎发育过程伴随了全能性的维持和分化,以及各种多能干细胞命运的次序决定,任何发育进程上的缺陷都会对整个胚胎个体产生深远的影响。因此,研究早期胚胎谱系建立的过程、不同胚层和组织前体细胞的命运决定及其发生与发展的调控机制,不仅仅是面对国家人口政策的变化以及优生优育的需求,预防和减少早期发育疾病,还能够指导胚胎干细胞及各种多能干细胞的分化和进一步转化医学应用,因而具有极其重要的生物学意义。

关键词：胚胎早期发育细胞谱系胚层分化原肠运动命运决定