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2024年07月22日 19:58 上海
多能幹細胞來源的類囊胚模型可用於研究植入前胚胎發生和早期胚胎發育的關鍵事件，為體外解析胚胎發育的遺傳和分子生物學事件提供了優質模型。目前， 小鼠、人和猴的胚胎幹細胞可誘導產生類囊胚。 在家畜動物（如豬、牛和羊）中，胚胎幹細胞尚不能誘導形成類囊胚等胚胎模型，僅有將牛擴充套件多能幹細胞和滋養層幹細胞組裝形成類囊胚的相關報道，是否可以利用豬胚胎幹細胞形成豬類囊胚模型尚不清楚。
近日， 西湖大學裴端卿實驗室 在 Cell Discovery 發表題為 「Pig blastocyst-like structure models from embryonic stem cells」 的研究論文，該研究建立了將豬胚胎幹細胞誘導為類囊胚的技術體系，首次將豬胚胎幹細胞誘導形成類囊胚模型。 豬是重要的畜牧業動物，也是理想的疾病模型，更是人源化器官的潛在供體。
本研究可為改善豬等家畜大動物的育種體系、加速優良品種培育的行程提供新的思路，為探究人-豬細胞間相互作用提供優良體外模型， 有助於推進在豬體內產生人源器官的研究行程。
文章截圖：
利用新型體系建立豬胚胎幹細胞
結合豬早期胚胎發育特性，本研究首先建立了一種新型的豬胚胎幹細胞建系及培養體系4FIXY，4FIXY包含4種細胞因子Activin A、IGF1、IL-6和sIL-6 Receptor α，以及小分子化學化合物WNT訊號抑制劑XAV939和IWR1、ROCK抑制劑Y-27632，由此獲得了具有良好多能性和多向分化潛能的豬胚胎幹細胞（圖1）。
圖1. 由孤雌囊胚分離建立豬胚胎幹細胞系
建立技術體系將豬胚胎幹細胞誘導形成類囊胚
本研究使用兩步法將豬胚胎幹細胞誘導形成類囊胚模型。 首先使用4FXY培養體系將豬胚胎幹細胞誘導形成細胞簇，隨後使用類囊胚培養體系進一步將細胞簇誘導形成類囊胚。胚胎幹細胞來源的類囊胚表達Epiblast (SOX2/POU5F1)、Hypoblast (GATA6/GATA4)和Trophoblast (GATA3/CDX2) 三個譜系細胞的標誌物，其在形態、直徑、細胞數目和譜系組成等方面與孤雌胚胎一致（圖2和3）。豬類囊胚也支持胚胎幹細胞和滋養層幹細胞的從頭建系。
圖2. 由豬胚胎幹細胞誘導形成類囊胚
圖3. 豬類囊胚的單細胞轉錄組分析
豬類囊胚與豬體內胚胎具有類似的細胞譜系組成和轉錄水平
為了探究豬類囊胚在轉錄水平上是否類似於豬體內胚胎，本研究將豬類囊胚單細胞轉錄組與處於不同發育階段的豬胚胎的單細胞轉錄組進行了整合分析，結果顯示， 豬類囊胚與體內胚胎具有相似的細胞譜系組成和轉錄水平。
圖4. 豬類囊胚與豬體內胚胎單細胞轉錄組聯合分析
綜上所述， 該研究建立了由細胞因子和小分子抑制劑組成的4FIXY培養體系分離構建了豬胚胎幹細胞系； 進一步建立了兩步誘導方法將豬胚胎幹細胞誘導形成豬類囊胚，其形態、直徑、細胞數目及組成與囊胚類似，與體內胚胎具有類似的轉錄水平糊細胞譜系組成；豬類囊胚支持從頭分離建立胚胎幹細胞和滋養層幹細胞，也具有在體外長期培養條件下生長的潛能 (圖5)。
圖5. 豬類囊胚形成模式圖
西湖大學生命科學學院講席教授裴端卿為本文最後通訊作者，西湖大學生命科學學院副研究員趙程辰為共同通訊作者。西湖大學生命科學學院助理研究員相金柱和王寒凝為本文第一作者。本研究得到國家自然科學基金委、長三角科技創新共同體聯合攻關專案等的資助；同時得到了西湖大學實驗動物中心及成像平台的大力支持。
論文連結：
https://www.nature.com/articles/s41421-024-00693-w
原文連結：
https://sls.westlake.edu.cn/NEWS/202407/t20240717_41656.shtml
