灵长类动物胚胎如何发育?科学家们有了新发现

来源:未知    作者:      2019-11-01 18:51

导语:

胚胎的早期发育过程,能够回答我们生命诞生之初的奥秘。然而由于种种技术与伦理上的局限,目前我们对这一过程的了解还并不多。今日,顶尖学术期刊《科学》在线发表的一篇论文,为我们带来了新的洞见。这一研究来自于昆明理工大学灵长类转化医学研究院,云南中科灵长类生物医学重点实验室谭韬教授、牛昱宇教授、季维智教授、以及Salk研究所Juan Carlos Izpisúa Belmonte教授的合作。

在论文中,科学家们指出从围着床期(peri-implantation)到原肠胚形成期(gastrulation),哺乳动物的胚胎会发生一系列细胞和分子层面上的转化。然而,我们对于这些转化的了解并不多,这很大程度上是受限于缺乏合适的研究体系。

近年来,一些体外培养系统的诞生,让我们逐渐有了研究早期胚胎发育的能力。然而,这些系统往往不能支持胚胎的长期培养。培养超过12天后,它们就会逐渐“散架”。

▲这套系统最多能在体外将胚胎培育到20天(图片来源:参考资料[1])▲这套系统最多能在体外将胚胎培育到20天(图片来源:参考资料[1])

为了更好地研究早期胚胎发育,这些科学家们改进了这套体外培养系统。在优化了培养条件后,他们成功突破了食蟹猴的体外培育纪录,提高到了20天。而且,这些培育的胚胎能经历包括“细胞谱系分化”在内的一系列正常发育阶段。

随后,研究人员们对发育中的早期胚胎进行了单细胞的RNA测序分析。分析结果表明,这些胚胎已能展现出明显的区域划分。我们也能清楚地看到原始内胚层(primitive endoderm)、滋养外胚层(trophectoderm)、以及上胚层(epiblast)的细胞谱系。而且,我们也能找到各个细胞类型中所特异的转录因子。研究人员们指出,这揭露了胚胎早期发育所需的一些关键分子信息。

 ▲图中是一个17天的灵长类胚胎,不同颜色表明不同细胞分化里的标志物(图片来源:Weizhi Ji/Kunming University of Science and Technology)▲图中是一个17天的灵长类胚胎,不同颜色表明不同细胞分化里的标志物(图片来源:Weizhi Ji/Kunming University of Science and Technology)

“胚胎早期发育是一个‘黑匣子’,我们提供了首个对此的观察,”本研究的通讯作者之一Juan Carlos Izpisúa Belmonte教授说道:“现在我们能观察不同胚胎阶段里细胞如何发育,以及它们需要哪些因子。这能让我们更好理解如何产生不同的细胞与组织。”

“为了了解灵长类动物的原肠胚形成期,我们3年前就在中国开启了猴子胚胎的培养实验。这支团队在非人灵长类动物的系统研究上有着长期的经验,而且有着譬如体外受精平台等成熟的生殖研究体系,” 季维智教授评论道:“我们成功地达成了我们的目标。这能为过去所不清楚的人类着床后发育过程带来新的洞见。”

放眼未来,该体系的建立不仅能带来胚胎早期研究的一个重要工具,还能够通过这些以往做不到的研究发现,找到早期胚胎发育里的关键。这有望让我们更好地理解灵长类动物发育的过程,探索相关疾病背后的奥秘。