研究建立人器官初期基因表达谱

《发育细胞》（Developmental Cell）期刊近日发表了中科院上海生命科学研究院/上海交大医学院健康科学研究所干细胞生物重点实验室金颖和张济课题组共同完成的研究论文“Transcriptome analysis of early organogenesis in human embryos ”（Developmental Cell 19:174-184，2010）。着床后人胚胎发育涵盖了胚胎早期器官形成最关键时期，即从Carnegie Stage 9（胚胎发育第20天，E20）到Carnegie Stage 14（胚胎发育第32天，E32）。从发育形态变化角度，各个器官经历了从无到有的奇妙过程；从发育进化角度，这个奇妙过程高度保守；从发育潜能角度，干性潜能与分化潜能既定时空程序协调性变化。这些背后的分子基础是遗传信息表达精密调控的基因相互作用网络。然而，相比模式生物与体外细胞模型研究，由于受限于人胚胎研究标本以及伦理上的限制，关于人胚胎发育的分子机制知之甚少。杨颖博士和方海博士等在金颖和张济导师的指导下，与新华医院妇产科合作，利用临床药物流产胚胎，应用基因芯片对该早期器官胚胎发育6个连续阶段进行基因表达变化谱刻画。通过数据深层次挖掘并整合功能、转录调控、表型及疾病相关的数据库，他们发现整个胚胎形态变化受基因表达谱变化所驱使，主要包括两组基因：呈现逐渐下调变化趋势的基因负责早期器官起始，而逐渐上调变化的基因主要参与器官原基形成。同小鼠发育表达谱以及人胚胎干细胞各种组学数据进行比较分析，进一步发现干性相关基因呈逐渐降低的趋势，而分化相关基因呈现两种表达模式。在此基础上，整合蛋白质相互作用信息，挖掘人胚胎早期器官过程中相互作用网络（hORGNet），由两个细化的与干性相关的模块（hStemModule）和与分化相关的模块（hDiffModule）模块组成，分别表征干性潜能状态变化情况与分化状态。进一步通过小鼠表型富集分析，hStemModule可能与胚胎早期致死相关，而hDiffModule则可能多的是与出生后致死相关。这一研究建立了国际上唯一的人早期器官形成期基因表达的谱式，为探索人类发育早期的分子调控和人多能干细胞体外的定向诱导分化提供的宝贵的信息。（来源：中科院上海生命科学院）