北京大学系统揭示人类消化道细胞发育图谱

2018-05-30 科技日报

  科技日报北京5月29日电 (记者刘霞)据《自然·细胞生物学》杂志近日报道,北京大学科研人员在国际上首次从单细胞分辨率和全转录组水平,系统揭示了4种消化道器官在人类胚胎发育过程中的基因表达及其信号调控机制,以及不同细胞类型之间的精准发育路径和基因表达特征,对消化道生物学研究及相关癌症治疗等具有重要参考价值。

  消化道主要由食道、胃、小肠、大肠组成,在食物消化、废物排泄、抵抗微生物入侵等方面起重要作用,揭示这4种器官在人类胚胎发育过程中的基因表达调控网络,建立相关“细胞类型图谱”是发育生物学的重大课题。

  在最新实验中,北京未来基因诊断高精尖创新中心、北大生命科学学院汤富酬课题组、葛颢课题组,携手北京大学第三医院乔杰课题组,分离并获取了人类6周到25周胚胎中食道、胃、小肠和大肠以及成年人大肠的总计5277个单细胞,对其进行了高精度的单细胞转录组测序,获得了多达5T的基因表达谱数据。随后,他们借助多种生物信息学分析方法进行深度数据挖掘,全面系统地对这4种器官的发育进程在基因表达调控层面进行了深入解析。

  研究团队通过关键基因表达特征定义了这4种器官中共40种不同的重要细胞类型;发现了一系列在胚胎发育早、中、晚期特异性表达的标志基因;首次系统研究了从胎儿到成人的大肠发育过程,并鉴定出成年人大肠中10种主要的细胞类型。

  研究人员表示,新发现为消化道生物学研究领域提供了全面翔实的发育细胞图谱数据;也为体外多能性干细胞定向分化为消化道相关细胞类型建立了基因表达图谱金标准,此外,还在基因表达层面对与这4种消化道器官相关的癌症,特别是胃癌和结直肠癌的致病机理研究,提供了重要参考。

  这项研究得到了科技部、国家自然科学基金委等的支持。

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