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【CGM_EU27 第227期】 人类大脑类器官中的细胞谱系追踪

主讲人：何志嵩 博士 （苏黎世联邦理工学院） 内容简介： 诱导多能干细胞（iPSC）来源的类器官（organoid）为研究人类器官发育提供了一个很好的模型，而单细胞转录组学则让我们得以全面地剖析在这些系统中存在的不同细胞状态。然而，当前的单细胞转录组学并不能获取细胞之间的谱系（lineage）关系，即哪些细胞是由某个时间点的同一个干细胞分裂分化所产生。在本研究中，我们建立了iTracer技术，通过结合报告分子条形码（reporter barcodes）与可诱导CRISPR-Cas9产生的序列疤痕（scarring）对细胞谱系进行记录，并可兼容产生单细胞及空间转录组学的实验数据。我们将iTracer技术运用到了大脑类器官，以研究其发育过程中细胞克隆及谱系的动态变化，并寻找细胞命运决定发生的时间窗口以及神经发生过程中不同神经祖细胞-神经元家族之间的分子差异。此外，我们还成功对大脑类器官进行了长时间四维光片荧光成像显微镜测量，用于直接记录大脑类器官早期发育过程中不同细胞谱系的时空分布，并验证了iTracer测量结果所反映的发育中神经上皮细胞细胞谱系的区域性分布。我们还将iTracer技术与基于CRISPR-Cas9的基因敲除结合起来，建立了iTracer-perturb技术，并应用于研究TSC2基因突变对大脑类器官早期发育的影响。本研究的数据及结果揭示了大脑类器官形成过程中细胞谱系与命运决定的发生过程；不仅如此，iTracer技术可应用于任何诱导多能干细胞来源的细胞培养系统，以研究其在正常或受干扰发育过程中细胞谱系的变化情况。