Nat Biotechnol：科学家成功绘制出“空间小鼠蓝图” 或有望为研究细胞命运提供新的见解

2021年9月13日 讯 /生物谷BIOON/ --对单一细胞的分子分析能够推进科学家们对发育的分子基础的认识，然而目前的方法多依赖于将细胞从组织中分离出来，从而就失去了调节过程的关键空间背景。近日，一篇发表在国际杂志Nature Biotechnology上题为“Integration of spatial and single-cell transcriptomic data elucidates mouse organogenesis”的研究报告中，来自剑桥大学等机构的科学家们通过研究绘制出了一种高分辨率的基因表达图谱（空间小鼠图谱，Spatial Mouse Atlas），其能结合单细胞基因组数据从而产生一种新型资源来帮助研究细胞在哺乳动物发育期间如何采取不同的身份。

图片来源：https://www.nature.com/articles/s41587-021-01006-2

细胞的命运决策决定着细胞如何发育为不同的细胞类型，而不同细胞类型的发育则会形成机体所有不同的组织，这一复杂的过程主要涉及来自机体周围组织的许多不同信号以及机械性的约束、表观遗传学修饰以及对基因表达的改变，这些因子能创造出独特的细胞和组织类型，最终在器官形成过程中产生所有主要的器官。

使用单细胞RNA测序技术（scRNAseq）的研究能帮助研究人员揭示在早期发育期间小鼠胚胎中的细胞分子图谱是如何发生变化的；然而scRNAseq技术需要将胚胎中的细胞解离或分离，这意味着其空间信息或许就会丢失。这篇研究报告中，研究人员将scRNAseq数据与基因的空间分辨率表达特性相结合，在单细胞分辨率的基础上生成了整个胚胎的基因表达图谱。

研究者John Marioni说道，从方法上来讲，我认为这是整合空间分辨率转录组和单细胞测序为科学界创造一种全新资源最令人兴奋的一个例子，这也能帮助我们在此基础上进行包括更多不同发育阶段的目标基因的相关工作。文章中，研究人员利用8-12体节阶段的小鼠胚胎进行研究，这一发育阶段让研究人员非常感兴趣，因为其是胚胎中细胞开始分化的阶段，或成为一种特定的细胞类型；研究人员应用了一种基于成像的单细胞转录组学技术（seqFISH技术）来检测387个靶向基因，同时他们将这一信息与scRNAseq数据结合产生了在小鼠发育的这个阶段能发现的细胞类型图谱。

研究者Shila Ghazanfar指出，这项研究中我们需要处理、分析并整合大量的数据集，从而将细胞的身份映射到空间参考物上；这种新方法意味着研究人员能采取胚胎的一部分，并基本上使用不同的颜色来在细胞上“作画”，并在单细胞分辨率下降细胞类型的背景放置在胚胎的解剖学结构上。此前研究人员能够测定胚胎细胞的基因表达图谱和特性，然而，长期以来，将这些图谱与其原始空间位置联系起来对于科学家们而言一直是一大挑战，如今本文研究就能克服这一挑战，并能提供关于细胞的空间环境如何对器官发育至关重要的信息，并能开辟新的研究途径。

正在发育的肠管的背侧和腹侧的比较。

图片来源：Lohoff, T., et al. Nat Biotechnol (2021). doi：10.1038/s41587-021-01006-2

如今，研究人员就能利用其所创建的“空间小鼠图谱”揭开对小鼠发育的新见解，他们能在小鼠发育中的大脑和肠管内找到此前并未被报道的基因表达相关信息；这种新方法也能为未来科学家们研究空间基因表达提供一种强有力的框架，无论是在小鼠机体中还是其它潜在的生物系统中。

研究者Wolf Reik教授表示，这项具有里程碑意义的研究如今已经使我们能够确定导致小鼠机体器官发育的某些分子事件，通过提供哺乳动物之间共享的详细发育蓝图，本文研究或能帮助进一步推进在培养皿中产生多种细胞类型以用于再生医学研究。综上，本文研究结果表明，研究人员所开发的新方法或能帮助他们在复杂的组织和发育过程中研究细胞命运的决策。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Lohoff, T., Ghazanfar, S., Missarova, A. et al. Integration of spatial and single-cell transcriptomic data elucidates mouse organogenesis. Nat Biotechnol (2021). doi：10.1038/s41587-021-01006-2