《Developmental Cell》：Identifying cross-lineage dependencies of cell-type-specific regulators in mouse gastruloids
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本文利用单细胞染色质可及性分析，揭示小鼠原肠胚发育调控机制，为研究组织间通讯提供新视角。
研究背景
原肠胚（gastruloids）是基于干细胞的自组织胚胎模型，能重现胚胎发育早期关键阶段，是研究发育过程的重要工具。在胚胎发育中，基因表达水平的精准调控至关重要，转录因子（TFs）作为基因调控网络（GRNs）的核心节点，控制着细胞分化等关键过程。而染色质可及性会影响 TFs 与 DNA 的结合，进而调控基因表达。通过检测染色质可及性，可识别潜在调控区域及相关 TFs，对理解胚胎发育的基因调控机制意义重大。
研究方法
研究人员运用改进的单细胞组合索引转座酶可及染色质测序技术（sciATAC-seq），对不同发育时间点的小鼠原肠胚进行分析。同时，将原肠胚的实验数据与胚胎数据对比，并结合基因编辑技术构建基因敲除的原肠胚模型，如 ΔCDX 和 ΔMSGN1 原肠胚，还制备了嵌合原肠胚，综合这些方法深入探究原肠胚发育的调控机制。
研究结果
- 细胞命运转变的调控：通过 sciATAC-seq 分析，研究人员确定了原肠胚发育过程中的关键调控细胞群，发现这些细胞群与胚胎对应细胞群高度相似，仅原肠胚的神经中胚层祖细胞（NMPs）与胚胎干细胞（ESCs）和胚胎 NMPs 均有相似之处。进一步的伪时间分析揭示了从 NMPs 分化出脊髓、轴旁中胚层和巩膜的主要轨迹，表明 NMPs 是双能祖细胞。
- 关键转录因子的作用：对 TF 结合基序的分析发现，在 NMP 向脊髓分化的过程中，尾型同源盒（CDX）2 基序显著富集，而在向轴旁中胚层分化时，中胚层素 1（MSGN1）基序富集。功能实验表明，CDX 基因促进 NMP 分化为脊髓细胞，但对中胚层形成并非必需；MSGN1 对轴旁中胚层的形成至关重要，且在脊髓形成中具有跨谱系作用。
- 细胞间通讯的重要性：研究发现，ΔMSGN1 原肠胚虽缺乏轴旁中胚层和脊髓细胞，但在与野生型细胞形成的嵌合原肠胚中，ΔMSGN1 细胞能分化为脊髓细胞，这表明轴旁中胚层与脊髓细胞之间的细胞间通讯对脊髓形成起着关键作用。
研究结论
该研究系统剖析了小鼠原肠胚发育过程中的染色质调控谱，明确了主要调控细胞群及其发育轨迹。研究结果表明，原肠胚能较好地重现胚胎发育的细胞类型和调控特征，为研究胚胎发育提供了可靠模型。同时，研究揭示了 CDX 基因和 MSGN1 在原肠胚发育中的重要作用，以及细胞间通讯在组织发育中的关键意义，为深入理解基因调控网络和组织间通讯机制提供了重要依据。然而，原肠胚模型存在一定局限性，如部分组织缺失或代表性不足，且研究未明确某些基因调控的直接和间接效应，未来需进一步研究加以完善。
