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《棘皮动物的自然嵌合现象》

  • 来源专题：外来生物入侵
  • 编译者： 王成卓
  • 发布时间：2018-06-27

  • 全身嵌合（由基因不同的细胞组成的有机体）已能够直接在观察模块化/殖民生物（例如珊瑚、海绵、海鞘）中观察到；然而在统一的子宫蜕膜（包括哺乳动物）中它们只能通过分子分析间接检测到。这里我们首次记录了全身嵌合在北大西洋海参一步步的发展，一个属于棘皮类统一的后口动物。据我们所知，这是最衍生的单一后生动物，其中对于受精卵熔性的直接研究已经开展。融合发生在孵化的囊胚泡中，从来不会发生在早期（未孵化）或晚期（幼虫）。完全融合的嵌合繁殖体比非嵌合胚大2至5倍。融合与晶状体密度呈正相关，早期胚胎的自然结块趋势促进了融合。在拥有大型外部受精卵的单一后生动物发现自然嵌合，为探索进化生物学，组织相容性和生物医学研究中的细胞移植关键方面提供了一个框架。

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相关报告

  • 《PNAS：软体机器人揭示早期棘皮动物行为方式》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2023-12-08
    • 仿生机器人被广泛用于研究蛇、蜥蜴、海龟和蝾螈等自然动物行为学和生物力学，用于已灭绝的海洋生物研究还处于初步阶段。棘皮动物门（Echinodermata）是一类后口动物（deuterostomes），在海洋无脊椎动物中进化地位很高。早期棘皮动物（约500万年前）从无柄悬浮到主动移动的碎屑摄食转变需要复杂的运动策略。然而，在没有化石遗迹和现代类似物种的情况下，研究灭绝动物的运动方式极具挑战性。 卡内基梅隆大学开发了一种具备计算模拟能力的仿生软机器人试验台，以了解早期棘皮动物—胸膜囊虫的基本运动原理。研究表明，古生代棘皮动物能够通过一根肌肉茎在海底移动，对于这些棘皮动物来说，增加茎长在最小的能量消耗下可以显著提高速度。这种基于已灭绝生物设计的软体机器人，为古生物学提供了新的工程技术和研究方法。（熊萍 编译）
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  • 《干细胞诱导移植实现野生型动物体内高嵌合率、长期、多谱系造血》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：姜丽华
    • 发布时间：2023-02-22
    • 骨髓移植/造血干细胞移植（HSCT）是治疗多种血液肿瘤、罕见病的有效手段。然而，HSCT的干细胞来源主要是配型成功的健康捐赠者或患者自身动员的CD34+血液干细胞，来源限制条件较多，加之成本高昂，限制了HSCT在患者中的广泛应用。长期以来，诱导多能干细胞（包括天然的人胚胎干细胞和诱导型多能干细胞等）分化，制备再生型的造血干细胞，是彻底解决骨髓移植种子细胞来源问题的理想手段。然而，如何诱导出真正的造血干细胞，即具备移植后能够在宿主体内长期稳定嵌合、与宿主生理和免疫系统兼容、产生功能性的多谱系血液细胞，一直是实验血液学和再生医学领域的关键技术挑战。事实上，迄今尚无通用、高效的方法，能够诱导PSC实现在野生型动物体内长期重建和多谱系造血。   2月16日，中国科学院广州生物医药与健康研究院王金勇研究团队和广州医科大学张梦云研究团队合作，在Stem Cell Reports上，发表了题为Prolonged generation of multi-lineage blood cells in wild type animals from pluripotent stem cells的研究论文，首次报道了通过干细胞基因编辑手段操纵Runx1、Hoxa9和Hoxa10基因组合表达，高效诱导多能干细胞（PSC）定向分化再生造血种子细胞（induced hematopoietic progenitor cells，iHPCs）。iHPCs移植后能在野生型（先天和获得性免疫系统正常）受体鼠中稳定嵌合长达6个月以上时间，输出完整的髓系细胞、B细胞和T细胞等细胞谱系，实现长期、稳定多谱系造血重建，且未发现致瘤现象。   该研究通过同源重组的方法构建了可诱导表达转录因子Runx1、Hoxa9和Hoxa10组合的ESC细胞系（iR1A9A10-ESC、C57BL/6 background、CD45.2 strain），并基于“体外再生种子细胞，体内发育成熟”两步法策略，将体外分化产生的iHPCs移植到经过预处理的野生型小鼠（C57BL/6 background、CD45.1 strain）体内。结果显示，移植的iHPCs在受体鼠的外周血、骨髓、脾脏等组织器官中输出完整的单核髓系、B细胞谱系和T细胞谱系等细胞类型，并可维持6个月以上时间。多次移植试验结果表明，iHPCs移植后的动物没有出现肿瘤现象。单细胞测序聚类结果进一步显示，移植后受体鼠的外周血中再生的髓系细胞、B细胞和T细胞与天然发育来源的细胞群具有相似的转录谱特征。   为了解析iHPCs长期植入的细胞学机制，研究进一步在受体鼠的骨髓中检测到干细胞来源的免疫表型为Lin-CD127-c-kit+Sca1-的髓系祖细胞和Lin-Sca1lowc-kitlowCD127+CD135-淋系祖细胞。为了评估这些再生的祖细胞能否重构小鼠的造血系统，研究分离了一次移植受体鼠（移植后6周）的骨髓细胞并进行了二次移植实验；二次移植12周后，仍可以在受体鼠的外周血、骨髓和淋巴结中检测到干细胞分化来源的成熟髓系细胞、B细胞和T细胞。随后，研究分选了各组织中再生的各类血液谱系细胞，并提取其基因组进行了PCR实验，从基因组水平证实了这些细胞是起源于基因编辑的干细胞。   综上，该研究建立了利用基因编辑手段通过特定转录因子（Runx1、Hoxa9和Hoxa10）组合诱导多能干细胞定向分化再生造血种子的方法。分化再生的种子细胞具有HSC的部分特征，即具有可移植、显著的多谱系嵌合率、长期稳定的成熟血液细胞输出、二次移植潜能等。该研究利用经过基因编辑的干细胞作为种子，诱导后移植在野生型动物体内重建多个血液谱系，并初步在活体动物证明这一策略的安全性。该体系稳定易重复，便于跨实验室平台测试和从事造血分化基础研究，为造血干细胞再生转化医学提供了重要的理论和技术支持。   上述成果是该团队发现转录因子Hoxb5诱导B细胞转分化再生T淋巴细胞（Nature Immunology，2018）、转录因子Runx1和Hoxa9组合诱导多能干细胞定向分化再生T淋巴细胞（Cell Research，2020）、转录因子Runx1、Hoxa9和Lhx2组合诱导多能干细胞定向分化再生B淋巴细胞（Cellular & Molecular Immunology，2021）等研究基础上的新发现。研究工作得到科技部、中国科学院、国家自然科学基金等的支持。中国科学院动物研究所科研人员参与研究。
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