基因筛查新工具：南开大学团队研获单倍体滋养层干细胞

　　内容来源：南开大学

单倍体滋养层干细胞分化潜能及基因筛查示意图

　　南开新闻网讯(记者 吴军辉)胎盘是保障生命发生的重要器官，被誉为“生命树”。日前，南开大学药物化学生物学国家重点实验室帅领研究团队利用可诱导过表达转录因子Cdx2的方式在体外获得单倍体滋养层干细胞。这种新型单倍体干细胞可在体外无限增殖并具备分化成为胎盘谱系各种细胞的潜能，并且只有一套基因组，因此该研究为胎盘发育、功能分析及胎盘疾病的致病机制研究提供了理想的体外模型，也对相关药物的研发具有重要意义。该工作以长论文的形式发表于细胞出版社(Cell Press)旗下《整合科学》(iScience)杂志。

　　真核生物的遗传信息一半来自于父本一半来自于母本，因此自然情况下细胞中具有两套染色体，这是哺乳动物传递遗传信息的方式，并通过减数分裂的方式抵御环境变迁，保障物种繁衍。但是对于遗传学研究尤其是隐性遗传基因功能的探索，二倍体细胞往往由于存在等位基因而使得该研究很受限。而单倍体细胞中只有一套染色体，大大降低了其基因组的复杂程度，更加有利于纯合子基因型的获得，是极具价值的遗传学研究工具。

　　“简单说，两套染色体相当于‘双保险’，如果对其中一个基因进行调控，由于存在对应的等位基因‘备份’，使得被改变的基因不能立刻突显功能。然而，只有一套染色体的单倍体细胞，没有基因‘备份’，我们对任意基因的更改，都会瞬间带来表型的改变。这对与我们探索生命现象，破解基因密码十分有利。”帅领介绍，2011年以来，小鼠和人类等哺乳类的单倍体胚胎干细胞系相继被顶级科技期刊报道，然而，对于胎盘发育格外重要的胚外谱系的单倍体细胞系尚无报道。

　　与胚胎干细胞不同，滋养层干细胞能够分化为胎盘中不同类型的滋养层细胞，是胎盘遗传学研究的理想体外模型。但是，目前对滋养层干细胞的双等位基因编辑效率较低，这大大限制了其在遗传学研究等方面的应用。

　　帅领研究团队发现，转录因子Cdx2的可诱导化过表达可以将单倍体胚胎干细胞转化为滋养层干细胞。然而，所有单倍体细胞培养物都倾向于加倍回到二倍体，如何抑制单倍体细胞的“自发二倍化”成为工作难点。

　　“我们通过敲除基因组中的p53基因解决了这一问题，确保了单倍体滋养干细胞在长期体外培养过程中的单倍性的维持。凸显了其在胚外组织中的遗传学筛选研究优势。”帅领说。

　　据介绍，帅领团队获得的单倍体滋养层干细胞不仅可以在体外分化成为胎盘谱系的多种分化细胞，也能在体内模拟胎盘发育(产生出血灶)，甚至可以通过嵌合实验贡献到正在发育的胎盘上。“这也进一步说明，单倍体滋养层干细胞是研究胎盘遗传发育的理想工具。”帅领说。

　　为了验证单倍体滋养层干细胞“基因筛选利器”的判断，帅领团队借助转座子系统高效引入基因突变，并成功筛选出了海绵滋养层细胞的限制基因——Htra1。

　　“正常的单倍体滋养干细胞可以分化成为出血灶、合胞体滋养层、海绵滋养层、滋养层巨细胞等。通过筛选，相当于我们找到了一个‘闸门’，就是Htra1。通过敲除Htra1关闭了其它的‘闸门’，使得滋养层干细胞更多地定向分化到海绵滋养层，大幅度提高海绵滋养层的分化效率。同样的，我们还可以筛选出其他的类似的‘闸门基因’。”帅领说，这对于胎盘正常发育、胎盘疾病治疗、胎盘药物毒理靶点研究以及其他相关遗传学研究都具有重要意义。

　　南开大学药学院博士生彭柯力、李旭，美国西北大学博士后吴丛宇为论文共同第一作者，帅领研究员为论文通讯作者。该研究获得科技部国家重点研发计划、国家自然基金、天津市自然科学基金等项目资助。

　　论文链接：https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(18)30243-8

　　新闻背景：

　　与帅领团队论文发表同一天，中科院动物研究所周琪院士、李伟研究员团队在《细胞报告》(Cell Reports)在线发表了题为“Derivation of Mouse Haploid Trophoblast Stem Cells”的研究论文，也从发育能力到组学等多方面论证了单倍体滋养层干细胞是一类真正的具有胚外发育潜能的单倍体细胞系(此前报道的若干哺乳动物单倍体细胞系均来自于胚内)，从而大大推动了单倍体技术在胎盘的遗传学研究中的应用。该团队也利用单倍体滋养层干细胞进行了高通量遗传学筛选，能够很便利的获得6-TG的抗性备选基因，并再一次论证了单倍体细胞在隐性基因功能研究中优势。

　　专业人士评价，周琪、李伟团队和帅领团队的两项研究工作，使用了不同的策略，都在体外得到了单倍体滋养层干细胞。这两项研究对于进一步研究胎盘发育和胎盘疾病，具有极大的推动作用。