使用二维人类多能干细胞培养的Wnt信号模型的光遗传控制细胞内在的胚胎性模式
Nicole A Repina1,2, Hunter J Johnson1,2, Xiaoping Bao3
1Department of Bioengineering, University of California, Berkeley, CA 94720, USA.
Development (Cambridge, England)
|July 4, 2023
概括
光遗传学能够控制人类胚胎干细胞 (hESC) 中的Wnt/β-catenin信号传递,揭示了细胞变异性如何推动早期发育中的自我组织和模式形成.
科学领域:
- 发展生物学 发展生物学
- 干细胞生物学 干细胞生物学
- 视觉遗传学 视觉遗传学
背景情况:
- 胚胎干细胞 (ESC) 模型表现出自发的自我组织,但对模式出现的潜在机制的理解是有限的.
- 缺乏对信号通路的时空控制,阻碍了对动态自我组织和细胞间变异性作用的机械洞察力.
研究的目的:
- 研究信号动态和细胞间变异性在人类ESCs (hESCs) 自组织中的作用.
- 开发一种用于早期发育的hESC模型中信号的时空控制方法.
主要方法:
- 利用光遗传学来控制2D培养hESC中的正规Wnt/β-catenin信号传递 (optoWnt).
- 结合光遗传刺激与成像和转录基因分析.
- 在子群体中在optoWnt激活时研究了细胞自我组织和分化.
主要成果:
- OptoWnt有效诱导了介质皮分化 (>99%的细胞) 和广泛的转录性变化.
- 在亚种群中对optoWnt的受控激活导致了对表皮和介质细胞域的自我组织.
- 通过细胞迁移的变化,上皮细胞转变为介质细胞的转变,以及TGFβ信号传递,观察到自我组织的调解.
结论:
- 在Wnt信号传递中细胞对细胞的变异性足以产生组织规模的模式.
- 亚种群的光遗传控制可以揭示细胞类型之间的信号反机制.
- 建立了一个hESC模型系统,用于研究早期人类胚胎发生的反机制.
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