近期，法國巴斯德研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)，從小鼠胚胎干細(xì)胞（mES細(xì)胞）衍生的自組織多細(xì)胞系統(tǒng)，被稱為胚胎團(tuán)，展現(xiàn)出高度內(nèi)在的基因表達(dá)模式和生長動力學(xué)。這些特性使得這些三維自組裝結(jié)構(gòu)成為研究哺乳動物發(fā)育和其他生物過程的強(qiáng)大工具。

在研究發(fā)表在《自然結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)》上的文章《哺乳動物偽胚胎中的精確和可擴(kuò)展的自組織》，研究人員觀察到胚胎團(tuán)的自組織性能，特別是分析其生長動力學(xué)和基因表達(dá)模式的內(nèi)在可重復(fù)性。他們發(fā)現(xiàn)，胚胎團(tuán)沿主體軸線上的基因表達(dá)得到顯著控制，而模式邊界在細(xì)胞水平上準(zhǔn)確定位。此外，每個模式點的細(xì)胞在絕對單位下產(chǎn)生相同數(shù)量的基因產(chǎn)物。

這種精確度和可重復(fù)性在從相同細(xì)胞群體中平行生長的胚胎團(tuán)中保持一致。此外，胚胎團(tuán)的生長與初始種子細(xì)胞的數(shù)量精確匹配。

胚胎團(tuán)展示出的顯著可重復(fù)性、精確性和可擴(kuò)展性具有重要的生物學(xué)意義。它們挑戰(zhàn)了我們對哺乳動物發(fā)育的傳統(tǒng)理解，暗示在自組織過程中，如基因表達(dá)模式等發(fā)育特征的精確調(diào)控。合成系統(tǒng)的固有復(fù)制和準(zhǔn)確性，類似于扁海鞘、蠕蟲、果蠅和青蛙等體內(nèi)系統(tǒng)，拓展了在器官樣和更廣泛的細(xì)胞聚合體領(lǐng)域的復(fù)雜工程應(yīng)用潛力。

這些發(fā)現(xiàn)表明，在發(fā)育胚胎和胚胎團(tuán)等合成結(jié)構(gòu)中顯現(xiàn)的可重復(fù)性和擴(kuò)展性可能代表了上下文無關(guān)的特性。這項研究的結(jié)果深入了解了哺乳動物系統(tǒng)中發(fā)育精確性、一致性和大小調(diào)整的復(fù)雜性，表明這些現(xiàn)象可能是多細(xì)胞性的重要特征。

盡管該研究強(qiáng)調(diào)了胚胎團(tuán)作為模型系統(tǒng)的潛力，但也存在局限性。胚胎團(tuán)雖然是強(qiáng)大的工具，但與體內(nèi)胚胎不完全相同，因此它們無法完全復(fù)制發(fā)育的所有方面。例如，胚胎團(tuán)的形狀不一致重現(xiàn)。胚胎團(tuán)長度，作為形狀的組成部分，在120小時時表現(xiàn)出比模式邊界位置更多的變異。此外，將這些發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化到體內(nèi)環(huán)境仍然是一個挑戰(zhàn)。盡管如此，該研究強(qiáng)調(diào)了使用體外系統(tǒng)作為可訪問和可控模型來研究發(fā)育的價值。

參考文獻(xiàn)：https://www.nature.com/articles/s41594-024-01251-4

編輯：王洪

排版：李麗