Science Advances | 南开大学帅领/高乾等合作发现Dyrk1a是一种全能样状态的抑制因子

滋养层（TE）和内细胞团是小鼠胚胎发育中的前两个谱系，它们不能自然过渡到彼此。它们之间的屏障尚不清楚，但具有迷人的特点。胚胎干细胞（ESCs）和滋养细胞干细胞（TSCs）分别保留内细胞团和滋养层的特性，因此是研究这些谱系在体外的理想平台。

2023年12月20日，南开大学帅领，高倩和天津医科大学吴旭东共同通讯在Science Advances 在线发表题为“Haploid-genetic screening of trophectoderm specification identifies Dyrk1a as a repressor of totipotent-like status”的研究论文，该研究在单倍体ESCs中开发了一种失去功能的基因筛选，并揭示了许多与TSCs转化相关的突变。在ESCs中破坏Catip或Dyrk1a（候选基因）之一可促进TSCs的转化。

根据转录组分析，该研究发现Dyrk1a的抑制激活全能性，这是滋养层特异性的可能原因。Dyrk1a-空白ESCs可以贡献于嵌合体中的胚胎和胚外组织，并且可以高效地形成类似囊胚的结构，表明它们具有全能性的发育能力。这些发现为理解胚胎发育中的细胞命运转变机制提供了见解。

小鼠中的第一个细胞命运决定发生在8细胞胚胎阶段和16细胞胚胎阶段之间，导致了第一个两个不同的细胞谱系。在这个时期，相同的原胚均分为内细胞团（ICM）（表皮层的起源，进一步发展成为后代）以及原始内胚层和滋养层（TE）（胎盘的起源）。ICM和TE之间存在明确的边界；因此，在小鼠物种中它们不能自然过渡到对方。细胞命运分离的确切机制仍然未知，引起了广泛的关注。ICM衍生的胚胎干细胞（ESCs）和TE衍生的滋养细胞干细胞（TSCs）是研究ICM和TE之间关系和差异的理想平台。

先前的证据表明，抑制Oct4或过表达Cdx2使ESCs能够分化为TE谱系。同样，过表达Oct4促进TSC重新编程为ESCs以恢复多能性。另一个转录因子（TF）Tead4在囊胚发育中对TE特异性的规定也非常重要，主要通过在该过程中调节Hippo-Yap通路。此外，通过靶向许多TE特异性基因，Notch也参与TE的规定。包括Gata3、Eomes、Tfap2c和Ets2在内的多个转录因子的组合也促进了从成纤维细胞和ESCs中的TE谱系。此外，研究发现，微小RNA足以驱动从ESCs中转化出胚外谱系。然而，是否存在其他调控TE规定的基因和途径仍然不清楚。

最近建立的小鼠单倍体胚胎干细胞（haESCs）由于其半合子和多能性的特性，是发现功能未知基因的优秀工具。通过在haESCs中进行高通量遗传筛选，结合全基因组随机突变，已经实现了找到重要生物过程的靶标基因的许多尝试。PiggyBac（PB）是一种有效的转座子，可在哺乳动物基因组中随机诱导丰富的突变，并广泛用于产生突变库。结合PB系统，haESCs可以轻松产生全基因组纯合突变，这对于选择调控任何所需途径的关键基因非常有用。这样强大的基因筛选系统是否适用于揭示TE规定的关键限制，还需要进一步研究。

该研究描述了在haESCs中利用PB系统辅助构建基因组范围的突变库。突变ESCs在TSC培养基中经过一段时间的培养后可以发展出TSC特性，然后进行测序和分析以识别插入。此后，该研究进行了候选基因的验证实验证明它们在TE规定中的重要作用，并讨论了这一转变的潜在机制。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi5683

转自：“iNature”微信公众号

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