早期胚胎状态之间的双向重编程的单细胞分析确定了小鼠差异性血统可塑性的机制

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
• 表观遗传学 在表观遗传学中,表观遗传学是指表观遗传学.

背景情况:

• 哺乳动物的胚胎发育涉及内部细胞质 (ICM) 先生的分化为两个不同的血统:表皮质 (EPI) 和原始内皮 (PrE).
• 了解控制这些早期细胞状态的可塑性和血统承诺的分子机制,对于发育生物学和再生医学至关重要.

研究的目的:

• 研究小鼠胚胎干细胞 (ES) (体外EPI对应物) 和外胚胎内皮 (XEN) 干细胞 (体外PrE对应物) 之间的双向重编程动态.
• 确定驱动或阻碍EPI和PRE状态之间的转换的关键转录因子和表观遗传调节剂.
• 为了比较体外重编程轨迹与体内早期胚胎生成期间的血统规范.

主要方法:

• 使用小鼠ES和XEN干细胞系进行体外重编程实验.
• 进行单细胞RNA测序 (scRNA-seq) 和单细胞ATAC测序 (scATAC-seq),以分析重编程期间的转录和表观遗传变化.
• 使用基因操纵 (例如,GATA4过度表达,OCT4/KLF4/SOX2诱导) 来驱动特定的血统转换.
• 将体外重编程轨迹映射到已建立的体内EPI和PrE谱系规范路径上.

主要成果:

• 证明了ES-to-XEN (iXEN) 和XEN-to-ES (iPS) 重编程的不同速度,效率和轨迹.
• 表明GATA4介导的ES-to-iXEN转换是快速且高效的.
• 发现OCT4,KLF4和SOX2诱导的XEN-to-iPS重编程效率较低,速度较慢,动力学不同.
• 确定了由GATA4维护的主导的原始内皮转录程序,以及表观遗传差异 (染色质可访问性,DNA甲基化) 导致EPI和PRE状态的可塑性差异.
• 证实了重编程细胞在体内沿着EPI和PrE谱系的轨迹,而不会恢复到ICM状态.

结论:

• 皮质细胞和原始内皮质谱系的可塑性显著不同,原始内皮质状态对脱差更有抵抗力.
• 在建立和维护原始内皮血统身份方面,GATA4起着至关重要的作用.
• 表观遗传修饰,包括染色质可访问性和DNA甲基化,是谱系可塑性和稳定性的关键决定因素.
• 该研究提供了关于早期哺乳动物发育和重编程期间细胞命运决定的分子驱动因素和障碍的见解.