MorphoSeq揭秘脊索動物單個胚胎空間組織

2021-01-08 科學網

MorphoSeq揭秘脊索動物單個胚胎空間組織

作者：

小柯機器人

發布時間：2020/4/22 15:14:34

德國歐洲分子生物學實驗室Pierre A. Neveu和Lars Hufnagel其研究組合作取得新進展。他們利用MorphoSeq技術，研究從脊索動物的完整的單細胞轉錄組動力學到原腸胚形成過程。相關論文發表在2020年4月20出版的《細胞》雜誌上。

他們從單細胞RNA測序（scRNA-seq）和光片成像數據重建一個典型的數字胚胎，該胚胎捕獲18個譜系中每個細胞分裂的單細胞全基因組範圍內的基因表達軌跡，直至在海鞘的生殖器中進行消化。

通過使用高覆蓋率的scRNA-seq，他們設計了一種計算框架，該框架無需事先了解即可將單個胚胎的單個細胞分為某種細胞類型。無偏的轉錄組數據分析可繪製每個細胞的物理位置和譜系歷史記錄，從而為發育中的胚胎中的每個單個細胞提供全基因組水平的完整基因表達史。

單個胚胎的比較揭示了對稱胚胎側之間的廣泛再生性和由於胚胎發生時間的微小差異而導致的較大的胚間變異性。

研究人員表示，scRNA-seq使研究細胞多樣性和發育軌跡方面發生了質的飛躍，但不能全面描述單個胚胎的空間組織和精確的細胞組成。

附：英文原文

Title: MorphoSeq: Full Single-Cell Transcriptome Dynamics Up to Gastrulation in a Chordate

Author: Hanna L. Sladitschek, Ulla-Maj Fiuza, Dinko Pavlinic, Vladimir Benes, Lars Hufnagel, Pierre A. Neveu

Issue&Volume: 2020-04-20

Abstract: Single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) provides a leap forward in resolving cellular diversity and developmental trajectories but fails to comprehensively delineate the spatial organization and precise cellular makeup of individual embryos. Here, we reconstruct from scRNA-seq and light sheet imaging data a canonical digital embryo that captures the genome-wide gene expression trajectory of every single cell at every cell division in the 18 lineages up to gastrulation in the ascidian Phallusia mammillata. By using high-coverage scRNA-seq, we devise a computational framework that stratifies single cells of individual embryos into cell types without prior knowledge. Unbiased transcriptome data analysis mapped each cell’s physical position and lineage history, yielding the complete history of gene expression at the genome-wide level for every single cell in a developing embryo. A comparison of individual embryos reveals both extensive reproducibility between symmetric embryo sides and a large inter-embryonic variability due to small differences in embryogenesis timing.

DOI: 10.1016/j.cell.2020.03.055

Source: https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30348-2

Cell：《細胞》，創刊於1974年。隸屬於細胞出版社，最新IF：36.216

相關焦點

  • 我國科學家首次繪製脊索動物完整單細胞轉錄譜系
    近年來，隨著單細胞基因組學的興起，解決了細胞種類的多樣性和發育過程的不確定性帶來的難題，使得理解胚胎發育細胞譜系變成可能，為研究細胞命運決定提供了技術基礎。　　近期，昆明理工大學陳凱教授牽頭的國際合作團隊在國際最著名期刊Nature雜誌上，發表了題為「Comprehensive Single-cell Transcriptome Lineages of a Proto-vertebrate」（脊索動物的全面單細胞轉錄細胞譜系）的研究論文。
  • 新型幹細胞有培育胚胎內外組織潛能
    新型幹細胞有培育胚胎內外組織潛能2017-04-10 09:53 來源： 科技日報 國際著名學術期刊《細胞》日前在線發表了北京大學鄧宏魁研究組關於多能幹細胞的突破性研究成果：他們在國際上首次建立了具有全能性特徵的多能幹細胞系，獲得的細胞同時具有胚內和胚外組織發育潛能。
  • Cell|單細胞轉錄組揭示脊索動物原腸胚動態形成過程
    單細胞RNA測序（scRNA-seq）大大推進了人們對細胞多樣性和其發育軌跡的了解，但還不足以全面描繪單個胚胎的空間結構和精細細胞組成。若將其與光片成像技術結合，可以形成胚胎基因表達4D圖譜，以回答發育生物學中更多的未解之謎。2020年4月20日，來自歐洲分子生物實驗室的Pierre A.
  • Current Biology:脊索動物變態發育的同源性
    脊索動物中的變態發育就是一個典型的例子。最近，一個由來自法國、波蘭、斯洛伐克和美國科學家組成的跨國研究組對文昌魚的變態發育進行了研究。在脊索動物的胚胎後發育過程中，不同的譜系中從幼體到成體存在廣泛的變態發育，這種現象提示我們，這種形態學上的多樣性有可能是通過獨立發生的過程而產生的。在脊椎動物中，變態發育是由甲狀腺激素（THs）和甲狀腺激素受體（TRs）的結合而引發的。
  • Cell:利用uliCUT&RUN方法在單細胞和單個胚胎中構建染色質上的蛋白...
    2019年4月24日訊/生物谷BIOON/---在一項新的突破性研究中，來自美國匹茲堡大學和麻薩諸塞大學醫學院的研究人員對一種稱為CUT&RUN（cleavage under targets and release using nuclease）的方法進行改進，使得在使用少量細胞（包括單細胞和單個植入前胚胎）的情形下，它適合用來研究轉錄因子和其他的
  • 單個細胞的三維染色體逆向工程
    它們是由DNA纏繞在組蛋白上形成的，這些蛋白質被進一步摺疊成染色質，組成單個染色體。知道哪些基因位於染色質內的空間鄰近是很重要的，因為彼此接近的基因通常一起工作。現在，伊利諾伊大學芝加哥分校的研究人員報告了一種計算技術，該技術利用熱圖數據對染色體的高度精細模型進行逆向工程。
  • 《自然》子刊:新設計首次生成單個細胞染色體三維圖
    基因組分析可以提供有關基因及其在DNA鏈上的位置的信息，但這些分析幾乎無法揭示它們在染色體內的空間位置關係，而染色體是高度複雜的三維結構，承載著遺傳信息。組蛋白進一步摺疊成稱為染色質的複合物，染色質構成了單個染色體。由於相鄰的基因通常一起起作用。，因此知道基因在染色質內的空間接近性非常重要。現在，伊利諾伊大學芝加哥分校的研究人員報告了一種利用熱圖數據逆向工程染色體高度詳細模型的計算技術。通過這項工作，研究人員發現了染色質摺疊在DNA鏈上彼此相距很遠的基因之間產生的緊密空間關係的新信息。
  • 冷凍胚胎Pause神奇的暫停 揭秘試管嬰兒實驗室
    揭秘試管嬰兒實驗室-196℃下的生命 探尋冷凍胚胎的形成和復甦　　「單獨兩孩」政策或將喚醒湖南21萬餘份冷凍胚胎（見本報4月11日A7版）的消息經報導後，引起了讀者強烈關注。
  • 《Cell》新研究：為了觀察胚胎發育，科學家製造了一個「虛擬胚胎」
    歐洲分子生物學實驗室EMBL Heidelberg和帕多瓦大學醫學院的研究人員首次完整描述了早期胚胎發育，包括胚胎中的每一個細胞。這個「虛擬胚胎」將有助於回答有機體中不同類型的細胞是如何從單個卵細胞產生的。研究結果發表在4月20日的《Cell》雜誌上。「在胚胎發育過程中，一個只有一個細胞的卵細胞是如何產生許多不同的細胞類型的?
  • Nature:測量單個細胞的染色質可接近性,從而揭示胚胎發育路徑
    他們利用這種方法發現正在發育的胚胎中的細胞如何調節它們的身份，從而決定著它們變成什麼類型的細胞。相關研究結果發表在2018年3月22日的Nature期刊上，論文標題為「The cis-regulatory dynamics of embryonic development at single-cell resolution」。
  • 三篇Science揭示單個細胞形成完整有機體的基因圖譜
    2018年4月29日/生物谷BIOON/---不論是蠕蟲、人類還是藍鯨，所有的多細胞生物都是從單個細胞卵子開始的。這個細胞產生形成有機體所需的許多其他的細胞，而且每個新的細胞都是在合適的時間在合適的位置上產生的，從而通過與它的相鄰細胞進行合作而精確地發揮它的功能。
  • 耶魯大學樊榮開發DBiT-seq技術解析小鼠胚胎空間分布特徵
    而空間轉錄組學則可填補這一空缺，利用空間轉錄組技術，研究人員能夠將組織內細胞的基因表達信息定位到組織的原始空間位置上，從而分析組織中不同部位功能及基因表達的差異。經過上述兩個步驟，組織切片經過兩套條形碼系統在交叉點進行原位連接，形成組織像素的整合點，每個像素點都含有條形碼A和B的不同組合，形成二維圖像，將組織形態與空間組學相關聯。
  • Nature:脊索動物在進化中地位的重新評估
    專題：Nature報導我們關於脊椎動物演化中最早階段的知識，僅限於我們能從早期脊索動物留下的化石中收集到什麼。由於這些動物是軟體的，沒有骨頭和甲殼，所以它們留下的東西非常少，主要是相對較少的、保存極為完好的標本。對這些化石進行解讀是有困難的。
  • 胚胎發育相關研究最新進展 - 非編碼RNA專區 - 生物谷
    正如奇胡利玻璃雕塑（Chihuly glass sculpture）是通過仔細熔化玻璃部分而讓其慢慢地重塑而製成，胚胎的某些區域中的細胞更加活躍並且將這種組織「融化」成能夠加以重構的流體狀態。Campàs解釋到，一旦完成，細胞就會「冷卻」，從而確定組織形狀。Campàs說，「我們觀察到的從流體組織狀態到固體組織狀態的轉換在物理學中被稱為'堵塞（jamming）'。
  • Nature:揭示在胚胎發生期間組織和器官如何構建出來
    2018年9月30日/生物谷BIOON/---有沒有想過當你僅是一個胚胎時，一群細胞如何能夠構建出你的組織和器官？在一項新的研究中，美國加州大學聖巴巴拉分校研究員Otger Campàs及其團隊利用他們開發出的前沿技術破解了這個長期存在的秘密，並揭示出胚胎是如何形成的令人吃驚的內部工作細節。
  • Dev Cell | 胚胎力學：體軸生長的發動機
    責編 | 兮胚胎發育過程中分化出來的不同的組織和器官通常有自己獨特的結構和生長方式。以脊椎動物胚胎的體軸為例，這個由頭部往尾部不斷延伸的結構由多個來自外胚層和中胚層的組織構成。運用很軟的Alginate膠來填充被手術挖掉的組織並隨後觀察膠和創口的形變，他們發現PSM在擴張並且對中間的組織產生一個壓力。正是這個壓力幫助NT和NC更有效率地會聚延伸。為更好地把組織行為與細胞行為聯繫來理解這個複雜體系不同區域的受力情況，作者們構建了一個以單個細胞為單位的計算模型來模擬體軸的形態變化。
  • 超微型馬達在三維空間裡控制單個細胞拼出字母
    由國內外專家聯合研究一種新型的超微型電機，並由超聲波驅動，由磁鐵進行控制，可以在擁擠的生物體內環境中繞著單個細胞和微粒移動，而不會損壞它們。這項技術可以為靶向治療、納米醫學、生物組織工程、再生醫學和其他生物醫學應用開闢新的可能性。
  • 試管嬰兒胚胎培養液是什麼?
    試管過程中，有個重要環節就是胚胎培養，就是在取精取卵後，需要在實驗室中進行培養，在哪裡培養呢?就是培養液中。其實在試管中胚胎質量好不好是試管嬰兒能否成功的重要因素，也是未來胎兒是否健康的重要因素，因此，胚胎的培養條件顯得尤為重要。胚胎營養液是什麼?今天馬來西亞試管嬰兒專家給大家揭秘一下培養液的秘密。
  • 胚胎幹細胞一針60萬!一針返老還童是真是假?
    前不久，幾名中國富豪到烏克蘭打一針60萬的「胚胎幹細胞」，以求讓自己變得更年輕。這引起了大家的關注，胚胎幹細胞到底能不能續命？幹細胞是什麼？幹細胞是一類具有自我複製能力的多潛能細胞，具有再生各種組織器官和人體的潛在能力，被醫學界稱為「萬能細胞」。
  • 新型三維組織培養模型有助解開人類早期胚胎發育謎團
    新華社倫敦6月11日電（記者張家偉）英國《自然》雜誌11日在線發表的研究成果顯示，一國際團隊藉助人類胚胎幹細胞生成了新型三維組織培養模型，這有助增進學界對人類早期胚胎發育的理解。人類發育早期，胚胎只是一小團細胞，自行摺疊形成具有前後端的三層結構，即原腸胚，這個過程被稱為原腸胚形成，之後各胚層繼續形成身體內的不同組織類型。此前學界大多利用小鼠細胞製作三維模型，但這對深入研究人類的原腸胚形成還不足夠。