Nature：迄今为止最大规模的单细胞全基因组分析

基因组科学家通过对成年人类细胞和组织进行大规模全基因组测序，揭示了人类胚胎发育过程的新见解。这项研究分析了人体内和人与人之间多个器官中正常组织的体细胞突变。

　　

一个成年人的身体由超过200种类型的数万亿细胞组成。人类如何从一个受精卵发育成一个完整的成年人是生物医学的一个基本问题。然而，由于对人类胚胎进行研究的伦理挑战，这一过程的细节在很大程度上仍是未知的。

为了克服这些问题，研究小组采取了不同的方法。他们分析了取自成人死后组织的细胞中的基因突变。具体来说，他们确定了在早期发育的细胞分裂中自发发生的突变。这些突变，也被称为”基因组疤痕”，就像独特的基因指纹，可以用来追踪胚胎的发育过程。

这项研究观察了334个单细胞菌群和来自7个最近去世的人体捐赠者的379个组织样本，是迄今为止进行的最大的单细胞全基因组分析。研究人员检查了每个个体的基因组伤疤，以便重建他们的早期胚胎细胞动力学。

结果揭示了人类胚胎发育过程的几个关键特征。首先，突变率在细胞第一次分裂时较高，但在细胞分裂后期降低到大约一个突变。其次，早期细胞对胚胎发育的贡献是不平等的，例如，在双细胞阶段，一个细胞总是比另一个留下更多的后代细胞。这个比例因人而异，这意味着这个过程在个体之间是不同的，并不是完全确定的。

研究人员还能够推断出细胞开始分化为单个器官特定细胞的时间。他们发现，在受精后的三天内，胚胎细胞开始不对称地分布到身体左右两侧的组织中，随后分化成三个胚层，然后分化成特定的组织和器官。

“这是一个令人印象深刻的科学成就,在20年的人类基因组计划的完成,基因技术的发展在某种程度上,我们现在能够准确地识别在单细胞基因组突变, 这项技术将使我们能够在未来以更高的分辨率跟踪人类胚胎发生。”

这项研究中使用的技术可以用来提高我们对胚胎发育异常引起的罕见疾病的理解，并为患者设计新的精确诊断和治疗方法。

该研究是与庆北大学医院、韩国科学技术信息研究院、韩国天主教大学医学院、Genome Insights公司、Immune Square公司合作完成的。这项工作得到了Suh Kyungbae基金会，韩国保健福利部，韩国国家研究基金会的支持。

Journal Reference:

1. Seongyeol Park, Nanda Maya Mali, Ryul Kim, Jeong-Woo Choi, Junehawk Lee, Joonoh Lim, Jung Min Park, Jung Woo Park, Donghyun Kim, Taewoo Kim, Kijong Yi, June Hyug Choi, Seong Gyu Kwon, Joo Hee Hong, Jeonghwan Youk, Yohan An, Su Yeon Kim, Soo A Oh, Youngoh Kwon, Dongwan Hong, Moonkyu Kim, Dong Sun Kim, Ji Young Park, Ji Won Oh, Young Seok Ju. Clonal dynamics in early human embryogenesis inferred from somatic mutation. Nature, 2021; DOI: 10.1038/s41586-021-03786-8