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胚胎模型完成原腸發(fā)育到神經(jīng)發(fā)育和器官發(fā)生

更新時間:2023-01-09  |  點擊率:592

在自然發(fā)育過程中,受精卵發(fā)育成外胚層,外胚層形成機(jī)體。胚胎外內(nèi)臟內(nèi)胚層(VE),形成卵黃囊;以及胚胎外外胚層(ExE),這有助于胎盤的形成。與這三種譜系相對應(yīng)的干細(xì)胞提供了從多種成分中再生哺乳動物有機(jī)體的可能性,而不是從單一的全能受精卵中。

ES細(xì)胞來源于外胚層,在聚集時表現(xiàn)出形成胚胎樣結(jié)構(gòu)的顯著能力,當(dāng)嵌入Matrigel時,可以誘導(dǎo)形成具有軀體、神經(jīng)管和腸的樹干狀結(jié)構(gòu)。雖然神經(jīng)發(fā)育可以通過抑制Wnt活性的初始爆發(fā)來促進(jìn),但它們不能準(zhǔn)確地復(fù)制原腸形成運(yùn)動,也不能代表自然胚胎的完整解剖結(jié)構(gòu)。其他由異位形態(tài)發(fā)生信號中心聚集的ES細(xì)胞生成的模型胚狀體只能發(fā)育后腦、神經(jīng)管、心臟組織和腸管。因此,這些模型不能概括神經(jīng)形成的整個發(fā)育過程。

起源于胚外組織的信號對于外胚層的形成和驅(qū)動前后軸的建立至關(guān)重要。在這一要求的指導(dǎo)下,我們通過聚集ES細(xì)胞與源自ExE前體的TS細(xì)胞和源自VE前體的XEN細(xì)胞來組裝胚狀體。將XEN細(xì)胞替換為瞬時表達(dá)VE主調(diào)控因子GATA4的ES細(xì)胞(iXEN細(xì)胞)可以提高ETiX胚體的效率和發(fā)育潛力。ETiX胚狀體指ding了一個前組織者,即前內(nèi)臟內(nèi)胚層(AVE),它遷移到原始條帶的位置,以啟動對后續(xù)發(fā)育至關(guān)重要的原腸形成運(yùn)動。

2022年8月,發(fā)表在《Nature》上,標(biāo)題為:“Synthetic embryos complete gastrulation to neurulation and organogenesis"的文章,將之前的方法(ETiX胚狀體完成原腸胚形成的形態(tài)事件)與著床后小鼠胚胎培養(yǎng)的方法結(jié)合起來,表明ETiX胚狀體可以在受精8.5天后發(fā)育到與自然胚胎相當(dāng)?shù)纳窠?jīng)形成階段。

具體來說,它們建立了所有的大腦區(qū)域,一個神經(jīng)管,一個跳動的心臟和一個腸管。神經(jīng)管兩側(cè)是發(fā)育中的體細(xì)胞,尾部形成原始生殖細(xì)胞(PGCs)。這個完整的胚胎模型在形成血島的胚外卵黃囊內(nèi)發(fā)育。因此,原腸胚和神經(jīng)胚狀體提供了一個強(qiáng)大的,生理相關(guān)的著床后胚胎發(fā)生模型。

該胚胎模型顯示出具有明確前腦和中腦區(qū)域的頭褶,并發(fā)育出跳動的心臟狀結(jié)構(gòu),由神經(jīng)管和軀體組成的軀干,含有神經(jīng)中胚層祖細(xì)胞的尾芽,腸管和原始生殖細(xì)胞。這個完整的胚胎模型在啟動血島發(fā)育的胚外卵黃囊內(nèi)發(fā)育。值得注意的是,研究人員證明了由pax6敲除ES細(xì)胞與野生型TS細(xì)胞和iXEN細(xì)胞聚合而成的神經(jīng)化胚胎模型再現(xiàn)了在自然的、普遍存在的pax6敲除胚胎中發(fā)生的神經(jīng)管腹側(cè)區(qū)域擴(kuò)張。因此,這些完整的胚狀體是解剖不同細(xì)胞系和基因在發(fā)育中的作用的強(qiáng)大體外模型。

研究結(jié)果證明了ES細(xì)胞和兩種類型的胚胎外干細(xì)胞的自組織能力,可以通過原腸胚發(fā)育到神經(jīng)發(fā)育和早期器官發(fā)生重建哺乳動物的發(fā)育。

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