1月28日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院研究員彭廣敦團隊在《細胞-報告》（Cell Reports）發(fā)表重要研究成果。他們在國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等項目的資助下，成功開發(fā)出名為“DuTracer”的新型單細胞譜系示蹤技術(shù)。
“‘DuTracer’為單細胞水平的譜系追蹤設(shè)立了新標準。”論文通訊作者彭廣敦表示，該技術(shù)通過巧妙結(jié)合兩種基因編輯工具CRISPR-Cas9和Cas12a，顯著提升了細胞譜系追蹤的精度和深度，為解析胚胎發(fā)育、器官再生及疾病機制提供了全新工具。
“DuTracer”設(shè)計及其在類器官中的應(yīng)用示意圖。研究團隊供圖
在生物學中，細胞譜系示蹤類似于繪制“細胞家族樹”，可追溯細胞從起源到分化的完整歷程。傳統(tǒng)方法常因技術(shù)限制導致信息記錄不全，而基于CRISPR的基因編輯技術(shù)雖提高了分辨率，卻存在“靶點間大片段刪除”的難題——這如同在記錄家族歷史時丟失了關(guān)鍵代際信息。
“DuTracer”的創(chuàng)新之處在于同時利用Cas9和Cas12a兩種核酸酶，并通過控制它們的激活時間，有效避免多靶點同時編輯引發(fā)的示蹤信息丟失。實驗顯示，該技術(shù)在小鼠胚胎干細胞和類器官模型中大幅降低了有害刪除事件，記錄的細胞分裂層級更深，能更精準地還原細胞分化路徑。
彭廣敦團隊在HEK293T細胞和小鼠類器官中驗證了“DuTracer”的性能。結(jié)果顯示，該技術(shù)不僅能區(qū)分心臟細胞的不同起源（如第一心域和第二心域），還首次揭示了“神經(jīng)中胚層前體細胞（NMPs）”的分化偏好性。例如，轉(zhuǎn)錄因子Foxb1被確認為促進NMP向神經(jīng)譜系分化的關(guān)鍵調(diào)控因子，其缺失會導致神經(jīng)發(fā)育受阻，而中胚層特征增強。
“‘DuTracer’不僅適用于胚胎發(fā)育研究，未來還可用于解析癌癥轉(zhuǎn)移、器官再生等復雜過程?！迸韽V敦指出，團隊計劃進一步優(yōu)化技術(shù)，探索其在人類類器官和動物模型中的應(yīng)用。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.115105
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