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科学家完成斑马鱼早期发育基因图谱绘制,或对人类疾病治疗有所启发

发表时间:2023/12/23 02:24:56  浏览次数:2496  
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美国国立卫生研究院的研究人员发布了斑马鱼基因图谱,详细介绍了在发育的前5天内几乎每种细胞类型中激活的基因表达程序,在此期间胚胎从单个细胞发育成熟为不同的细胞类型。这些不同的细胞发育成为组织和器官,形成能够自主游动和寻找食物的幼鱼。研究结果发表在《发育细胞》杂志上。

“也许令人惊讶的是,微小的斑马鱼为我们提供了对人类发育和疾病的重要见解。许多指导胚胎生长的基因表达程序在鱼类、人类和其他动物中都是相似的,”尤尼斯·肯尼迪·施赖弗国家儿童健康和人类发展研究所(NICHD)的科学主任Christopher McBain表示道,他负责开展这项工作。

“由于斑马鱼看起来是透明的,可以在体外使卵受精,并且易于进行遗传学研究,因此它们非常适合模拟进行对人类疾病的相关研究。”

胚胎发育过程是由DNA指令精心安排的,这些指令指导了单个细胞内不同的基因表达程序,从而赋予不同的细胞类型独特的功能特征。

为了创建该图谱,研究小组使用了一种称为单细胞RNA测序的方法,在5天内识别基因表达程序,每2至12小时采集一次样本。

由此产生的图谱在受精后120小时内连续跟踪近490000个细胞,平均每个细胞检测到8621个转录本和1745个基因。

然后,研究小组将这些数据按照已知的细胞类型和细胞状态进行了分类。

为了突出该图谱的实用性,该团队还聚焦了一系列待研究的细胞的发育过程,包括被称为BEST4+细胞的肠道细胞,这些细胞与人类胃肠道疾病和癌症有关。人们对这些细胞如何发育知之甚少,因为它们在其他常见模型生物体(例如小鼠)中不存在。

通过使用图谱,研究小组计算预测了BEST4+细胞的完整发育程序,包括启动细胞发育的信号和执行该过程的转录因子。

这些发现可以在模型生物体或临床样本中进行评估,以更好地了解BEST4+细胞在人类疾病中的作用。

“我们关于斑马鱼早期发育的图谱是一个极其全面的资源,详细描述了62个发育阶段的数百种细胞类型的表达程序,”资深作者、Earl Stadtman研究员兼NICHD细胞分化部门负责人Jeffrey A. Farrell博士说。

“从这本图谱中,我们发现了过往未被研究的细胞的发育与分化细节,包括与人类疾病有关的肠道细胞、肠道周围的平滑肌以及血管周围的细胞。我们也期待看到研究界可以利用这一图谱带来更多有意义的发现。”

该基因图谱可以在 https://daniocell.nichd.nih.gov 进行下载。

参考文献:

Abhinav Sur, Yiqun Wang, Paulina Capar, et al. Farrell. Single-cell analysis of shared signatures and transcriptional diversity during zebrafish development. Developmental Cell, 2023; 58 (24): 3028 DOI: 10.1016/j.devcel.2023.11.001

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