文章标题：Capturing totipotency in human cells through spliceosomal repression
中文标题：通过剪接体抑制捕获人类细胞的全能性
发表期刊：Cell
发表时间：202406
影响因子：45.5/Q1
研究背景
受精卵的裂解产生全能卵裂球。在人类 8 细胞卵裂球中，合子基因组激活 （ZGA） 发生以启动个体发生程序。然而，捕获和维持人体细胞中的全能性带来了重大挑战。
研究方法
研究通过转录组、CHIP-seq、ATAC-seq、单细胞测序等方法，再结合上体外/体内的实验，成功捕获了人全能性状态的细胞--ZGA-like细胞ZLCs（ZGA-like cells）。
研究结果
1. ZLC 在单细胞水平上有别于 8CLC
研究表明，8CLCs 富含 ZGA 特异性基因，在幼稚 hESC 培养基中占比 0.2%-2%。8CLCs 与 ZLCs 都有 8 细胞/小鼠特异性基因亚群，但 ZLC 不表达典型 ZGA 标记，而表达其他特定基因并沉默多细胞基因。基因组富集分析显示 ZLCs 简短表达 8 细胞/小鼠特异性 ZGA 基因，8CLCs 富集更多。两者虽具 8 细胞胚泡/胚层特征但转录组不同，单细胞 RNA 序列分析可区分二者，ZLCs 有特定基因且沉默多细胞基因，8CLCs 富含经典 ZGA 基因和多能基因并与幼稚 4CLs 聚集。与活体人类胚胎整合分析证实 ZLCs 与 E3 和 E4 胚胎整合。剪接抑制可将多能 hESCs 重编程为 ZLCs，8CLC 为双特征细胞。
2. hTBLC 与前 ZGA 胚泡具有相同的表观遗传特征
3. hTBLC 自发分化与中间 ZLC 阶段的出现重塑了人类植入前胚胎的发育过程
由于难以获得体内胚胎，体外分化系统重塑植入前胚胎发育未实现。具有 ZGA 前期特征的 hTBLCs 可作为“种子细胞”。将其移植到 E8 基础培养基中自发分化，出现类似 TE 和 PrE 的细胞形态及不同细胞群。RNA-seq 分析显示特定基因变化。GSVA 和聚类分析表明 4 - 16 h 分化细胞代表瞬时中间 ZLC 阶段，与体内胚胎相似。24 - 72 h 出现细胞系特异性基因标志囊胚样阶段后消失，72 小时后经典多能基因出现。GSEA、GSVA 和 PCA 证明细胞状态从前 ZGA 到原始多能性逐步过渡。
4. hTBLCs 可自主生成类似囊胚的结构，无需细胞信号操作
人类囊胚样结构通常需复杂细胞信号操作从体外特定细胞混合物中获得，而在 G2-PLUS 培养基中培养 hTBLCs，不添加其他因子，5 天后可生成囊胚样结构。免疫染色分析和 scRNA-seq 分析显示其有特定细胞类型且系谱特异性基因富集，TE 细胞分两个群体。整合分析表明其细胞与 E5 - E7 胚胎相应细胞系整合良好，与其他细胞的胚泡相比，hTBLC 衍生的胚泡细胞比例更接近天然胚胎，可简单自主生成，无需外部细胞信号操作。
5. hTBLCs 可在体外生成各种胚胎和胚外细胞
通过用 hTBLCs 和引物处理的 hESCs 生成 EBs 来探索 hTBLCs 发育潜力。转录组比较有特定变化，基于 hTBLC 的 EB 分化在不同时间有特定基因激活和沉默，且与 hESC EB 有不同基因诱导情况。将 hTBLCs 和原始 hESCs 注入小鼠形成畸胎瘤，经分析确定主要细胞类型。总体上，hTBLCs 与 hESCs 相似能产生三胚层组织，但偏向某些细胞系且在 EB 分化中可短暂产生 PrE 系，具全能性特征，这是 hESCs 所无。
文章小结
研究表明剪接抑制可将人多能干细胞重编程为 ZGA 样细胞（ZLC），长期传代后转变为稳定的 hTBLC。ZLC 和 hTBLC 与 8CLC 不同，广泛沉默多能基因，ZLC 激活特定 ZGA 特异性基因，hTBLC 富含前 ZGA 特异性基因。hTBLC 在自发分化中经历中间 ZLC 阶段并产生 EPI、PrE 和 TE 样谱系，概括人类植入前发育，具有胚胎和胚外发育能力，能在体外自主产生囊胚样结构，该研究为人类细胞全能性提供了关键标准和见解。
