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(guò)研究豬胚胎和人類干細(xì)胞來(lái)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)的研究人員證明了豬胚胎和人類胚胎細(xì)胞在其發(fā)育的早期階段表現(xiàn)出顯著的相似性。通過(guò)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(guò)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(lái)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(guò)在體外使用人多能胚胎干細(xì)胞，由英國(guó)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)模擬模仿遺傳和細(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)行基因操作，因此該模型系統(tǒng)為人類細(xì)胞在早期發(fā)育過(guò)程中如何轉(zhuǎn)化為不同細(xì)胞類型的詳細(xì)分子分析提供了強(qiáng)大的工具，這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)獲得形成原始生殖細(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)或腸道，肺前體的潛力。和胰腺(內(nèi)胚層)。該模型還告訴我們，盡管基因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(guò)對(duì)最常用的小鼠胚胎的研究來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些胚胎發(fā)育成卵子“圓柱”，不像“平盤”人類胚胎。另一方面，豬胚胎發(fā)育成平盤(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(zhǎng)類動(dòng)物(猴子)胚胎一起工作更可接受。

來(lái)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(zhǎng)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(guò)程中出現(xiàn)，正如從人類模型預(yù)測(cè)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)其作用，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。總而言之，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(lái)自諾丁漢大學(xué)生物科學(xué)學(xué)院的Ramiro Alberio博士說(shuō)：“我們已經(jīng)展示了雞和精子細(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(shuō)：“我們目前無(wú)法在第14天之后研究人類胚胎發(fā)育，這意味著我們發(fā)展中的某些關(guān)鍵階段仍然是一個(gè)謎。人類與豬發(fā)育之間的顯著相似性表明我們可能很快就能夠揭示一些長(zhǎng)期存在的問(wèn)題的答案。“