科學(xué)家已經(jīng)證明了卵子和精子細(xì)胞的前體 - 這是保護(hù)物種的關(guān)鍵細(xì)胞 - 是如何通過研究豬胚胎和人類干細(xì)胞而在早期胚胎中產(chǎn)生的。

在今天發(fā)表在“自然”雜志上的研究中，劍橋大學(xué)和諾丁漢大學(xué)的研究人員展示了豬胚胎和人類胚胎細(xì)胞在其發(fā)育的早期階段是如何顯示出顯著相似性的。通過結(jié)合這兩種模型，他們希望提高我們對(duì)兒童生殖細(xì)胞腫瘤和胎兒異常等疾病起源的認(rèn)識(shí)。

原始生殖細(xì)胞，卵子和精子的前體，是植入后在人類胚胎中出現(xiàn)的最早的細(xì)胞之一，出現(xiàn)在第17天左右，而周圍的細(xì)胞繼續(xù)形成人體的其余部分。但是，很少有人了解它們的起源。目前，法律禁止超過14天的人類胚胎培養(yǎng)，這阻止了在建立整體計(jì)劃時(shí)對(duì)這種及隨后的事件(例如原腸胚形成)進(jìn)行調(diào)查。

現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)結(jié)合人類和豬的發(fā)展模式來闡明這些事件。他們首次表明兩個(gè)關(guān)鍵基因之間的相互作用對(duì)種系前體的形成至關(guān)重要，并且這種“遺傳混合物”在所有物種中都不相同。

首先，通過在體外使用人多能胚胎干細(xì)胞，由英國惠康研究所/癌癥研究所Gurdon研究所的Azim Surani教授領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家建立了一個(gè)模擬模擬遺傳和細(xì)胞發(fā)生直至原腸胚形成的模型。人類多能胚胎干細(xì)胞是胚胎中發(fā)現(xiàn)的“主細(xì)胞”，它有可能成為體內(nèi)幾乎任何類型的細(xì)胞。

由于這些干細(xì)胞可以繁殖并精確地進(jìn)行遺傳操作，因此模型系統(tǒng)提供了一個(gè)強(qiáng)大的工具，可用于詳細(xì)分析人類細(xì)胞在早期發(fā)育過程中如何轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌募?xì)胞類型，以及哪些變化可能成為人類疾病的基礎(chǔ)。

這項(xiàng)工作表明，當(dāng)胚胎進(jìn)展為原腸胚形成時(shí)，細(xì)胞暫時(shí)具有形成原始生殖細(xì)胞的潛力，但不久之后失去了這種潛力，反而獲得了形成血液和肌肉(中胚層)前體或腸道，肺前體的潛力。和胰腺(內(nèi)胚層)。該模型還告訴我們，雖然基因SOX17和BLIMP1對(duì)于生殖細(xì)胞命運(yùn)至關(guān)重要，但SOX17隨后在內(nèi)胚層組織的規(guī)范中具有另一個(gè)作用。

然而，為了準(zhǔn)確了解胚胎是如何發(fā)育的，有必要了解細(xì)胞在正常胚胎的三維環(huán)境中的行為。這不能通過對(duì)最常用的小鼠胚胎的研究來實(shí)現(xiàn)，這些胚胎發(fā)育成卵子“圓柱”，與“平盤”人類胚胎不同。另一方面，豬胚胎發(fā)育成扁平圓盤(類似于人類胚胎)，可以容易地獲得，并且在道德上比與非人靈長類動(dòng)物(猴子)胚胎一樣更可接受。

來自諾丁漢大學(xué)的研究人員從不同發(fā)育階段的豬胚胎中解剖出整個(gè)平盤，發(fā)現(xiàn)這些胚胎的發(fā)育與體外人體模型以及體外非人靈長類動(dòng)物胚胎干細(xì)胞的觀察相匹配。例如，豬原生細(xì)胞在原腸胚形成過程中出現(xiàn)，正如從人類模型預(yù)測的那樣，以及與人類生殖細(xì)胞中相同的關(guān)鍵基因的表達(dá)。人類和豬的生殖細(xì)胞也表現(xiàn)出這一譜系的關(guān)鍵特征，包括啟動(dòng)重編程和重新設(shè)定表觀基因組 - 修飾我們的DNA，調(diào)節(jié)其操作，并有可能傳遞給我們的后代 - 繼續(xù)作為生殖細(xì)胞發(fā)展成精子和卵子的進(jìn)展。

用于早期發(fā)育和細(xì)胞命運(yùn)決定的人 - 豬組合模型可能反映了子宮早期人類胚胎中的關(guān)鍵事件?？偠灾?，從這種方法中獲得的知識(shí)可以應(yīng)用于再生醫(yī)學(xué)，用于推導(dǎo)可能用于幫助理解和治療人類疾病的相關(guān)人類細(xì)胞類型，并了解擾亂早期發(fā)育的突變?nèi)绾螌?dǎo)致人類疾病。

來自諾丁漢大學(xué)生物科學(xué)學(xué)院的Ramiro Alberio博士說：“我們已經(jīng)證明了雞和精子細(xì)胞的前體是如何在豬和人類中出現(xiàn)的，它們具有相似的胚胎發(fā)育模式。這表明豬可以是一個(gè)很好的模型系統(tǒng)，用于研究早期人類發(fā)展，以及提高我們對(duì)遺傳病起源的理解。“

位于Gurdon研究所Surani實(shí)驗(yàn)室的Toshihiro Kobayashi博士補(bǔ)充說：“我們目前無法在第14天之后研究人類胚胎發(fā)育，這意味著我們發(fā)展的某些關(guān)鍵階段仍然是一個(gè)謎。人類和豬的發(fā)展之間顯著的相似性表明我們可能很快就能夠揭示一些長期存在的問題的答案。“