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早期胚胎发育的基因调控
来源:成医附属不孕不育医院   日期:2016-10-13

  哺乳动物胚胎发育起始于卵子和精子的融合。经历迁移、基因组和表观遗传时空表达调控以及受精卵/胚胎基因组活化等过程形成桑椹胚,进而形成囊胚,植入子宫壁并进一步发育成胚胎。长期以来,对早期胚胎的转录组研究受到样本细胞太少而无法定量分析的制约,从而对哺乳动物特别是人类的早期胚胎发育基因调控知之甚少。

图片说明:人类胚胎早期发育情况

  本研究利用单细胞表达谱研究的RNA-seq技术,突破了起始样本量少的瓶颈,对人胚胎早期发育各阶段全基因组rna转录谱的系统分析,发现在胚胎发育早期各阶段中存在着父亲或母亲来源的单等位基因表达差异。同时运用加权基因共表达网络分析(WGCNA)显示胚胎早期发育各阶段中的细胞周期、基因调控、蛋白质翻译以及代谢通路的转录变化是以分步进行的方式按顺序发生,并明确了该机制在物种间保守存在,仅在发育特异性和时序上有所差异,证明了哺乳动物早期胚胎发育进化上的共性。此外,该研究还发现了驱动胚胎早期发育各阶段的关键候选基因。

  该项研究成果将在干细胞的纯化、分类及临床治疗领域产生深远的影响,文章系统地分析了哺乳动物早期胚胎全能细胞的分化过程,并得到了各细胞阶段的分子标记,这为全能细胞的挑选和临床干细胞治疗提供指导依据,特别是在一些难治性疾病,如神经细胞的损伤与治疗提供帮助。

  同时该研究成果也将为人类辅助生殖技术,俗称“试管婴儿”技术带来福音。虽然人类辅助生殖技术已经取得了长足的进步,但其临床应用依然面临如何提高成功率、对早期胚胎进行医学遗传学检测、降低出生缺陷等挑战。这项研究证明,单细胞RNA-seq技术能用于转录组定量分析,找到基因印迹等在基因调节区域上的遗传和/或表观遗传学改变所导致的表达缺陷,特别是该研究中发现的人类胚胎早期发育各阶段的关键候选基因将为改善人类辅助生殖技术和提高人口出生质量提供帮助。

  本研究得到科技部973项目、科技部国际合作项目、国家自然科学基金委的基金资助。

段建文 生殖内分泌科主任医师
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