5月19日，中國科學(xué)院廣州生物醫藥與健康研究院劉晶課題組在Nature Communications在線(xiàn)發(fā)表了題為BMP4 drives primed to naïve transition through PGC-like state的研究論文，該論文發(fā)現BMP4驅動(dòng)的干細胞始發(fā)態(tài)-原始態(tài)轉變（Primed-Naïve Transition, PNT）經(jīng)歷了原始生殖細胞樣中間態(tài)（PGC-like state，PGCLC），并揭示了Primed干細胞轉變?yōu)镻GCLC細胞的表觀(guān)遺傳障礙，建立了體外產(chǎn)生原始生殖細胞的新方法。 

　　在小鼠等哺乳動(dòng)物中，多能干細胞存在兩種穩定狀態(tài)：原始態(tài)（Naïve）和始發(fā)態(tài)（Primed），分別代表著(zhù)胚胎著(zhù)床前后的發(fā)育狀態(tài)。其中Naïve態(tài)多能干細胞具有形成生殖系細胞的能力。由于可在體外對胚胎著(zhù)床前后狀態(tài)進(jìn)行模擬，多能干細胞的PNT轉換研究一直是干細胞及發(fā)育生物學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。 

　　劉晶課題組前期建立了BMP4驅動(dòng)的高效PNT轉變體系（BMP4 induced PNT，BiPNT；Nature Cell Biology,2020），但該過(guò)程具體的細胞命運變化軌跡和調控機制仍不清楚。在本研究中，研究人員利用單細胞轉錄組測序技術(shù)（scRNA-seq），深入解析了BMP4介導的PNT過(guò)程細胞命運轉變精細軌跡。結果表明，BiPNT過(guò)程存在兩個(gè)主要的細胞命運分支：Naïve多能性分支和表達滋養層相關(guān)基因的trophoblast-like分支。通過(guò)對Naïve多能性分支進(jìn)行深入分析，研究人員意外發(fā)現，在Naïve多能性分支早期，原始生殖細胞（primordial germ cell，PGC；精子和卵子的前體細胞）的主要分子標記物,如Prdm1,Prdm14,Tfap2c,Nanos3等大量富集。借助PGC報告細胞系（BV+SC+，分別指示PRDM1與DPPA3）、細胞分選等活細胞分析技術(shù)，研究人員將Primed態(tài)細胞誘導產(chǎn)生的BV+SC+細胞移植到雄性生殖缺陷小鼠睪丸中，發(fā)現這些移植的細胞可以發(fā)育為精子。因此，本研究建立了在體外從Primed態(tài)多能干細胞高效獲取原始生殖細胞的方法。 

　　傳統觀(guān)點(diǎn)認為，體外培養的Primed態(tài)多能干細胞（EpiSC）對應于小鼠6.5天早期胚胎，已喪失PGC特化能力。在BiPNT體系中，PGC-like細胞的產(chǎn)生，提示該過(guò)程克服了Primed態(tài)向PGC-like細胞轉變的表觀(guān)遺傳障礙。針對這一現象，研究人員進(jìn)一步證實(shí)BiPNT誘導過(guò)程中DOT1L抑制劑的使用是促使EpiSC產(chǎn)生PGC-like的關(guān)鍵因素。后續通過(guò)RNA-seq、ATAC-seq和ChIP-seq實(shí)驗，研究人員最終證明DOT1L抑制劑通過(guò)調節譜系調控因子如Gata3和Gata6位點(diǎn)H3K79me2修飾狀態(tài)及基因表達，進(jìn)而抑制滋養外胚層細胞命運，促進(jìn)原始生殖細胞命運。 

　　該研究發(fā)現了小鼠PNT轉變新型中間態(tài)，建立了Primed態(tài)干細胞高效轉變?yōu)镻GCLC細胞的方法，揭示了Primed態(tài)干細胞轉變?yōu)镻GCLC細胞的表觀(guān)遺傳障礙，為PGC形成與特化的機制和功能研究提供了極好的體外研究模型。 

　　廣州健康院博士后余勝勇和周純華、生物島實(shí)驗室何江平副研究員為論文的共同第一作者。廣州健康院劉晶研究員，西湖大學(xué)裴端卿教授和生物島實(shí)驗室曹尚濤副研究員為論文的共同通訊作者。本研究得到了南方醫科大學(xué)趙小陽(yáng)教授，復旦大學(xué)藍斐教授和廣州實(shí)驗室張滿(mǎn)研究員的幫助。該研究成果得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、廣東省科技廳、生物島實(shí)驗室等項目的資助。 

　　體外誘導原始生殖細胞的新方法和機制