文獻(xiàn)導(dǎo)讀

2021年5月6日，來自美國賓夕法尼亞大學(xué)的Guo-Li Ming教授及其團(tuán)隊(duì)在《Cell Stem Cell》上發(fā)表了題為“Generation of hypothalamic arcuate organoids from human induced pluripotent stem cells”的文章。該文章建立了一種從人誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞中生成下丘腦弓狀類器官的方法，該細(xì)胞表現(xiàn)出人弓狀核的神經(jīng)元亞型多樣性和分子特征，可用于Prader-Willi綜合征模型。

研究介紹

類器官是一種三維細(xì)胞培養(yǎng)物，用于再現(xiàn)復(fù)雜的體內(nèi)生理現(xiàn)象、模擬患者對(duì)藥物治療的反應(yīng)和對(duì)治療的耐藥性等。而由人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）產(chǎn)生的腦區(qū)域特異性類器官可以研究不同的人類大腦區(qū)域的發(fā)展和不同細(xì)胞類型的產(chǎn)生，包括新皮質(zhì)、中間神經(jīng)節(jié)隆起、中腦和丘腦，也可以模擬各種腦部疾病。但是，現(xiàn)有的技術(shù)不能呈現(xiàn)更精細(xì)的大腦結(jié)構(gòu)。在下丘腦中，弓狀核（ARC）是重要的組成部分，它可以整合饑餓和飽足的循環(huán)信號(hào)，反映能量存儲(chǔ)和營養(yǎng)可利用性。然而，現(xiàn)有的研究方法不能產(chǎn)生下丘腦核特異性類器官，并且對(duì)人類ARC發(fā)展知之甚少。而與ARC功能障礙相關(guān)的一種疾病Prader-Willi綜合征（PWS）嚴(yán)重影響著兒童的生長、社交和學(xué)習(xí)。因此，作者開發(fā)出一種從人iPSCs中產(chǎn)生的ARC-like類器官（ARCOs），它們來自兩個(gè)獨(dú)立的iPSC細(xì)胞系C3和C65。

為了系統(tǒng)地研究ARCO亞群的細(xì)胞類型多樣性和分子特征，作者分別在兩個(gè)發(fā)育時(shí)間點(diǎn)對(duì)C3和C65 iPSC細(xì)胞系的ARCOs進(jìn)行了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析。ARCOs的單細(xì)胞RNA測(cè)序顯示了不同弓狀細(xì)胞類型背后的顯著分子異質(zhì)性。之后，基于新生兒人類下丘腦單核轉(zhuǎn)錄組的機(jī)器學(xué)習(xí)輔助分析進(jìn)一步顯示了人類弓狀核分子特征。這些數(shù)據(jù)表明，ARCOs呈現(xiàn)出和人ARC相似的細(xì)胞多樣性和分子特征。

為了研究早期神經(jīng)發(fā)育階段PWS患者的ARC中潛在的細(xì)胞和分子缺陷，作者從兩名有兩個(gè)不同易位斷點(diǎn)的PWS患者中生成了兩種iPSC系。一個(gè)位于15q11.2-q13號(hào)染色體Prader-Willi SNRPN位點(diǎn)外顯子2 ~ 3之間（主要缺失），另一個(gè)位于17 ~ 18號(hào)外顯子之間（次要缺失）。從兩個(gè)患者的iPSCs中產(chǎn)生的ARCOs相比對(duì)照組形態(tài)更大，PWS ARCOs表現(xiàn)出明顯的神經(jīng)增殖、分化缺陷以及功能性缺陷。

之后，作者將主要缺失和次要缺失的PWS iPSCs細(xì)胞系和對(duì)照組在成熟早期（20 DIV）和晚期（100 DIV）階段生成的ARCOs進(jìn)行了RNA-Seq，以期能更詳細(xì)地比較對(duì)照轉(zhuǎn)錄變化。首先，不同細(xì)胞系的生物復(fù)制在兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)上聚類，并且PWS ARCOs存在廣泛的轉(zhuǎn)錄失調(diào)。然后將主要缺失的PWS iPSCs組和對(duì)照組進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，參與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的許多基因的表達(dá)減少，還有突觸相關(guān)基因的下調(diào)。對(duì)下調(diào)基因進(jìn)行GO分析顯示，與神經(jīng)元分化、軸突發(fā)育、突觸可塑性調(diào)節(jié)和離子轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的基因富集。另一方面，與對(duì)照ARCOs相比，PWS iPSCs組RNA加工相關(guān)基因和代謝相關(guān)基因上調(diào)?？傊?，對(duì)上調(diào)基因的GO分析顯示，與翻譯起始、核糖體生物發(fā)生、肽生物合成過程和免疫反應(yīng)相關(guān)基因富集。對(duì)比主要缺失和次要缺失的ARCOs發(fā)現(xiàn)氧化還原過程相關(guān)基因調(diào)控異常。因此，ARCOs為研究早期人類弓狀核發(fā)育過程中核特異性特征和疾病相關(guān)機(jī)制提供了一個(gè)很有前途的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/span>

云克隆干細(xì)胞相關(guān)產(chǎn)品

干細(xì)胞（Stem cell）經(jīng)過分裂形成內(nèi)細(xì)胞群和滋養(yǎng)外胚層。在分裂過程中，細(xì)胞數(shù)量迅速增加，但其體積和所包含的物質(zhì)不增加。當(dāng)細(xì)胞的卵裂分裂到8-16個(gè)卵裂球時(shí)，細(xì)胞間有一個(gè)不規(guī)則的腔隙。隨著卵裂球增多，腔隙增大，形成一個(gè)圓形空腔，漸漸形成囊胚，之后繼續(xù)發(fā)育分化成具有雙層或三層胚層結(jié)構(gòu)的原腸胚。一部分細(xì)胞通過不同的方式遷移到內(nèi)部，最終形成原始生殖細(xì)胞，內(nèi)胚層，中胚層和外胚層。原始生殖細(xì)胞可分化為雌性生殖干細(xì)胞，雄性生殖干細(xì)胞和畸胎；外胚層可分化為形成神經(jīng)系統(tǒng)，皮膚毛發(fā)和乳腺等等；中胚層可分化為肌肉、心臟、間葉細(xì)胞、血液、血管母細(xì)胞等；內(nèi)胚層可分化為腸、肝臟、肺、胰腺等。