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人上胚层退出Naïve多能性的分子机制研究

批准号:
32100655
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
尹宇
学科分类:
早期胚胎发育及细胞谱系建立
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
尹宇

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
早期人类胚胎着床后的发育包括一系列复杂的形态发生事件。对这些过程缺乏精确的时空控制会导致妊娠失败。由于胚胎发育在物种间有明显区别,直接利用人胚胎研究着床后发育就显得很有必要。人胚胎着床后的发育过程与上胚层(EPI)的发育密切相关。随着胚胎着床,上胚层(EPI)经历形态发生、前后轴形成并在原条处起始胚层的形成,其多能性也从最初的原始态(naïve)退出并过渡到始发态(primed)。naïve多能性的退出起始是EPI发育的最早事件,但其分子机制还不清楚。在本研究中,我们将结合我们之前报道的人胚胎3D培养系统以及单细胞组学测序的方法。将已经获得的单细胞数据(scATAC-seq 和scRNA-seq)进行整合分析,研究naïve多能性退出的分子机制以及滋养层在其中所起的作用。
英文摘要
Human early post-implantation development involves a series of complex morphogenetic events. The normal development of embryos need precise spatial and temporal control over these processes. As the embryogenesis diverge significantly among species. it becomes necessary to investigate post-implantation development on the human embryo directly. The development process of human post-implantation is closely related to the epiblast (EPI). As embryo implants, epiblast undergoes morphological occurrence, establishment of the anterior-posterior axis and the formation of the germ layers at the primitive streak,with transitions from a previously state of naïve pluripotency toward a state of primed pluripotency. The initiate of naïve pluripotency exit is the earliest event of EPI development, but the underlying molecular mechanism is still unclear. In this study, we will union our previously reported human embryo 3D culture system and single-cell omics sequencing methods, study the molecular mechanisms underlying naïve pluripotency exit and the role of trophoblasts during the process through integrated analysis of the obtained single-cell data (scATAC-seq and scRNA-seq).
上胚层(Epiblast, EPI)在胚胎植入过程中多能性从naive状态转变为primed状态,这个过程涉及染色质结构和转录活性的广泛变化。多能性转变的分子调控机制是胚胎早期发育和干细胞研究领域的核心研究内容,之前对灵长类多能性转变的研究主要在干细胞中进行,缺乏对真实胚胎的研究数据。为了解析人类EPI发育过程中的染色质结构和调控多能性转变的分子调控网络,我们开展了如下工作:1)、我们获得并整合分析了受精后4至14天(d.p.f)的3D培养人类胚胎的单细胞RNA和单细胞ATAC-seq数据,构建了人胚胎围植入阶段的单细胞组学图谱并解析了不同细胞类型的分子特征和基因调控网络;2)、我们解析了EPI不同发育阶段的分子特征以及调控naive多能性退出的分子机制。我们发现处于中间状态(8 - 10 d.p.f)的EPI同时具有一些naive和primed的分子特征,并且中间状态的EPI在与一些原始生殖细胞(PGC)相关基因的peak中具有较高的可及性,这表明这些细胞可能具有向PGC发育的潜力。通过同时分析体外3D培养的14 d.p.f胚胎的同一单细胞中可及染色质和基因表达,我们揭示了前后轴的分子特征以及3D培养的14 d.p.f胚胎的进一步发育潜力;3)、我们利用干细胞构建了能够模拟原肠前人胚胎发育的类胚胎模型,并结合胚胎和类胚胎模型对胚胎发育过程中谱系之间的信号通讯进行了分析,结果表明胚外组织来源的BMP信号通路对EPI多能性转变和发育起到重要作用。本项目的研究工作首次在人胚胎单细胞水平解析了不同发育阶段EPI的染色质可及性特征,对评估干细胞的多能性状态和发育潜能有重要意义,并有助于我们更加深入理解人胚胎早期发育过程中的重要生物学事件。
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