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利用單細胞測序解析人胚胎脊髓的發育過程

  脊髓是外周系統與大腦間信號傳遞的橋梁。脊髓背角介導著外周感受信號,而腹側對于運動功能的執行至關重要,同時也是低級反射的中樞。作爲一種高度有序的中樞組織,脊髓由多種不同的細胞類型有序發育形成。雖然脊髓的發育在齧齒類動物中已進行了一系列的研究,但對人類脊髓發育過程了解較少。

 

  中國科學院遗传与发育生物学研究所戴建武再生医学团队长期从事脊髓损伤再生修复研究。其研发的NeuroRegen支架經過長達5年的臨床研究隨訪被證明安全有效,實現了脊髓損傷再生修複産品01的突破。 戴建武研究组与南京鼓楼医院胡娅莉教授团队,首次通过单细胞转录组技术对早孕及中孕时期的人胚胎脊髓进行了分析。研究团队根据脊髓的组织构特点,针对脊髓细胞轴突长和髓鞘蛋白含量多等特点,利用细胞核和细胞相结合的技术对孕7-23周的胚胎進行了測序,涵蓋了從神經元生成到星形膠質細胞和少突膠質細胞分化的脊髓發育過程。對神經元及膠質譜系進行了系統的分析,確定了人脊髓發育中神經發生與膠質發生的時間節點,並對不同時間點神經細胞種類的構成及其比例進行了解析。通過對人與小鼠的相對應發育階段的脊髓單細胞數據的比較分析,解析了脊髓發育在物種間的相同及不同點。最後,發現並分析了一類在人脊髓發育中具有時空特異性的EGFR+前體細胞亞群,此類細胞在人與小鼠的脊髓發育過程中存在著明顯的差別。該研究測序細胞數超過80萬個,首次對發育時期的人脊髓組織進行了單細胞層面系統解析,進一步加深了我們對脊髓發育的系統理解,有助于脊髓再生修複研究的深入。

 

  該研究成果以“Single-cell analysis reveals dynamic changes of neural cells in developing human spinal cord“爲題,于2021104日發表于EMBO Reports雜志(DOI:10.15252/embr.202152728)。戴建武研究组博士后张琪、副研究员吴宪明、博士研究生范永恒和鼓楼医院博士姜佩佩为共同第一作者,遗传发育所研究员戴建武和鼓楼医院教授胡娅莉为共同通讯作者。本研究得到中國科學院战略性先导科技专项基金,国家自然科学基金等基金的支持。

 

圖:通過對脊髓組織的單細胞核測序鑒定了主要神經細胞及發育節點