Dev Cell | 上海科技大学林照博/王皞鹏建立小鼠滋养细胞类器官

胎盘在胎盘哺乳动物辐射过程中成为最多样化的器官之一。研究小鼠滋养细胞发育的主要体外模型是滋养细胞干细胞的2D分化模型，该模型高度偏向于某些谱系，从而阻碍了系统筛选。

2023年12月5日，上海科技大学林照博及王皞鹏共同通讯在Developmental Cell 在线发表题为“Murine trophoblast organoids as a model for trophoblast development and CRISPR-Cas9 screening”的研究论文，该研究建立了一种小鼠滋养细胞类器官，其可以作为滋养细胞发育和CRISPR-Cas9筛选的模型。维持状态下的小鼠类滋养细胞含有干细胞样群体，而分化后的类器官在体内具有多种类似胎盘的滋养细胞。

在体内切除滋养细胞类器官中的Nubpl或Gcm1再现了它们的缺陷表型，这表明这些类器官是滋养细胞发育的有效体外模型。重要的是，研究人员使用靶向G蛋白偶联受体的聚焦sgRNA (single guide RNA)文库在小鼠滋养细胞类器官中进行了有效的CRISPR-Cas9筛选。总之，该研究建立了一个类器官模型来研究小鼠滋养层细胞的发育，并为在滋养层细胞谱系中进行正向筛选提供了一种可行的方法。

经过1亿年的进化和适应，胎盘哺乳动物已成为具有最高形态和基因组多样性的脊椎动物分支。胎盘哺乳动物的辐射也使真兽胎盘成为最具形态变异的器官之一。在绒毛膜胎盘中，母胎界面最亲密的形式，母上皮和母内皮都退化，使得只有胎儿滋养细胞和内皮细胞构成胎儿和母体循环之间的屏障。根据母体血液周围滋养层的数量，血液屏障可进一步分为三种亚型：血单绒毛膜胎盘（hemomonochorial）（灵长类），血双绒毛膜胎盘（hemodichorial）（兔子）和血三绒毛膜胎盘（hemotrichorial）（大鼠和小鼠），它们分别具有一层、两层和三层滋养层。尽管有一些功能上的趋同，但胎盘的主要结构/细胞差异在物种之间更为普遍。

滋养细胞在胎盘功能中起重要作用。所有滋养细胞系都来源于囊胚的滋养外胚层。在小鼠中，极性滋养外胚层在着床后发育为胎盘外锥体(EPC)和胚胎外胚层(ExE)，后者随后形成绒毛膜。EPC产生的滋养细胞亚型特异性地存在于连接区(JZ)和蜕膜中，而绒毛膜在迷路中分化为不同的滋养细胞亚型。除了这些终末分化的滋养细胞外，还报道了滋养细胞的祖细胞或前体。然而，考虑到小鼠滋养层干细胞(mTSCs)极易分化为EPC衍生谱系，以及在二维(2D)条件下特定滋养层细胞的有限定向分化方案，这些滋养层细胞亚型的体外研究具有挑战性。此外，在目前的2D分化方案中，祖细胞/前体亚群尚未被识别或表征。

机理模式图（图源自Developmental Cell ）

类器官是自组织的细胞聚集体，概括了相应组织的细胞组成和/或组织，已被广泛用作研究发育和疾病的体外模型。因此，小鼠滋养细胞类器官可能克服骨髓间充质干细胞的偏斜分化问题，使高含量、无偏倚的筛选成为可能。然而，在来自组织的类器官中筛选CRISPR-Cas9仍然是费力和具有挑战性的，可能是由于高细胞多样性，低转导效率，或大量细胞数量需要足够的sgRNAs覆盖。此外，尽管人类的类滋养细胞器官已经被创造出来，1小鼠的类滋养细胞器官的建立仍然具有挑战性。

该研究首先建立了小鼠滋养细胞类器官，可以来源于胎盘或间充质干细胞，以模拟滋养细胞的发育。两种培养条件分别用于维持类器官或将其分化为类似胎盘的滋养细胞亚型。在小鼠模型中，缺乏滋养细胞分化所需的基因导致了滋养细胞类器官中特定滋养细胞亚型的缺失，这表明体外和体内模型之间存在相关性。重要的是，成功地在小鼠滋养细胞类器官中进行了靶向CRISPR-Cas9筛选。总之，这种小鼠滋养细胞类器官模型可以作为系统研究罕见滋养细胞干细胞(TSCs)/祖细胞和滋养细胞发育调节因子的平台。

原文链接：

https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(23)00584-1

转自：“iNature”微信公众号

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