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人类和猪胚胎的相似性提供了早期发育阶段的线索

2018-12-26 11:46:36 • 来源：

科学家已经证明了卵子和精子细胞的前体 - 这是保护物种的关键细胞 - 是如何通过研究猪胚胎和人类干细胞来在早期胚胎中产生的。 在今天发表在“ 自然”杂志上的研究中，剑桥大学和诺丁汉大学的研究人员证明了猪胚胎和人类胚胎细胞在其发育的早期阶段表现出显着的相似性。通过结合这两种模型，他们希望提高我们对儿童生殖细胞肿瘤和胎儿异常等疾病起源的认识。

人类和猪胚胎的相似性提供了早期发育阶段的线索

原始生殖细胞，卵子和精子的前体，是植入后在人类胚胎中出现的最早的细胞之一，出现在第17天左右，而周围的细胞继续形成人体的其余部分。但是，很少有人了解它们的起源。目前，法律禁止超过14天的人类胚胎培养，这阻止了在建立整体计划时对这种及随后的事件(例如原肠胚形成)进行调查。

现在，研究人员已经结合人类和猪的发展模式来阐明这些事件。他们首次表明两个关键基因之间的相互作用对种系前体的形成至关重要，并且这种“遗传混合物”在所有物种中都不相同。

首先，通过在体外使用人多能胚胎干细胞，由英国惠康研究所/癌症研究所Gurdon研究所的Azim Surani教授领导的科学家建立了一个模拟模仿遗传和细胞发生直至原肠胚形成的模型。人类多能胚胎干细胞是胚胎中发现的“主细胞”，它有可能成为体内几乎任何类型的细胞。

由于这些干细胞可以繁殖并精确地进行基因操作，因此该模型系统为人类细胞在早期发育过程中如何转化为不同细胞类型的详细分子分析提供了强大的工具，这些变化可能成为人类疾病的基础。这项工作表明，当胚胎进展为原肠胚形成时，细胞暂时获得形成原始生殖细胞的潜力，但不久之后失去了这种潜力，反而获得了形成血液和肌肉(中胚层)或肠道，肺前体的潜力。和胰腺(内胚层)。该模型还告诉我们，尽管基因SOX17和BLIMP1对于生殖细胞命运至关重要，但SOX17随后在内胚层组织的规范中具有另一个作用。

然而，为了准确了解胚胎是如何发育的，有必要了解细胞在正常胚胎的三维环境中的行为。这不能通过对最常用的小鼠胚胎的研究来实现，这些胚胎发育成卵子“圆柱”，不像“平盘”人类胚胎。另一方面，猪胚胎发育成平盘(类似于人类胚胎)，可以容易地获得，并且在道德上比与非人灵长类动物(猴子)胚胎一起工作更可接受。

来自诺丁汉大学的研究人员从不同发育阶段的猪胚胎中解剖出整个平盘，发现这些胚胎的发育与体外人体模型以及体外非人灵长类动物胚胎干细胞的观察相匹配。例如，猪原生细胞在原肠胚形成过程中出现，正如从人类模型预测的那样，以及与人类生殖细胞中相同的关键基因的表达。人类和猪的生殖细胞也表现出这一谱系的关键特征，包括启动重编程和重新设定表观基因组 - 修饰我们的DNA，调节其作用，并有可能传递给我们的后代 - 继续作为生殖细胞 发展成精子和卵子的进展。

用于早期发育和细胞命运决定的人 - 猪组合模型可能反映了子宫早期人类胚胎中的关键事件。总而言之，从这种方法中获得的知识可以应用于再生医学，用于推导可能用于帮助理解和治疗人类疾病的相关人类细胞类型，并了解扰乱早期发育的突变如何导致人类疾病。

来自诺丁汉大学生物科学学院的Ramiro Alberio博士说：“我们已经展示了鸡和精子细胞的前体是如何在猪和人类中出现的，它们具有相似的胚胎发育模式。这表明猪可以是一个很好的模型系统，用于研究早期人类发展，以及提高我们对遗传病起源的理解。“

位于Gurdon研究所Surani实验室的Toshihiro Kobayashi博士补充说：“我们目前无法在第14天之后研究人类胚胎发育，这意味着我们发展中的某些关键阶段仍然是一个谜。人类与猪发育之间的显着相似性表明我们可能很快就能够揭示一些长期存在的问题的答案。“

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