科研速递 | 遗传发育所近期科研进展(第七期)

文摘   2024-08-01 15:33   北京  

近期科研进展

2024年第7期 

01

张劲松研究组和周奕华研究组合作发现乙烯调控细胞壁合成抑制水稻根生长的新机制

02

陆发隆研究组合作揭示体外成熟的人和小鼠卵母细胞的关键缺陷

03

肖军研究组绘制冬小麦春化建立、维持和重置过程中的转录及染色质动态图谱

04

陈宇航研究组在气孔运动调控机理研究中取得新进展

05

韩方普研究组在植物着丝粒研究中取得进展

06

薛勇彪研究组揭示蛋白N端乙酰化协同活性氧稳态促进水稻热响应生长的分子机制

07

张劲松研究组揭示水稻乙烯信号开关调控新机制

08

陆发隆研究组应邀在Trends in Biochemical Sciences撰写题为“Beyond simple tails: poly(A) tail-mediated RNA epigenetic regulation”的综述文章

09

戴建武研究组揭示脊髓损伤纤维瘢痕细胞的起源


1


张劲松研究组和周奕华研究组合作发现乙烯调控细胞壁合成抑制水稻根生长的新机制

The Plant Cell

乙烯在调节植物生长发育和环境适应性方面发挥着重要的作用。目前,对乙烯信号转导通路的解析已较为清楚。乙烯信号经各组分的转导,从内质网到胞质,最终流向细胞核,促进核心转录因子ETHYLENE-INSENSITIVE3/EIN3-LIKE1 (EIN3/EIL1) 在细胞核中积累。然而,人们对乙烯是如何通过影响下游生物学过程来调控生长的认识还较为有限。细胞壁由大分子多糖、高度糖基化的蛋白质和木质素组成,具有复杂的结构,它与植物细胞的形态发生密切相关,并最终决定了器官的可塑性生长。

    中国科学院遗传与发育生物学研究所张劲松研究组和周奕华研究组通过分析水稻根部乙烯反应过程中,细胞壁形态、组分和合成相关基因表达等方面的变化,发现乙烯能促使细胞壁增厚和细胞壁合成相关基因的表达上调,其中包括了CELLULOSE SYNTHASE-LIKE C127910 (OsCSLC127910)和CELLULOSE SYNTHASE A3479 (OsCESA3479)。通过基因过表达材料和突变体的表型分析,发现参与水稻木葡聚糖(Xyloglucan, XyG)主链合成的葡聚糖合酶基因OsCSLC2及其同源基因,在乙烯促进根部细胞壁中木葡聚糖合成和乙烯抑制根生长过程中发挥了重要作用。乙烯主要诱导木葡聚糖在水稻根尖伸长区和分化区的表皮细胞壁中积累。此外,乙烯还增强了由纤维素合酶CELLULOSE SYNTHASE A催化的纤维素(Cellulose)在细胞壁中的沉积。在遗传互作关系中,OsCSLC2作用于ETHYLENE-INSENSITIVE3-LIKE1(OsEIL1)介导的乙烯信号下游,并且OsEIL1直接激活OsCSLC1279基因的表达。此外,生长素信号通路协同参与上述调控过程。乙烯促进木葡聚糖和纤维素的积累,可能加强了细胞壁中木葡聚糖和纤维素交联网络(XyG-cellulose crosslinking network)的形成,从而限制了细胞壁的延展性和细胞的伸长,最终抑制了根的生长。这些发现将植物激素信号与细胞壁的合成联系起来,拓宽了我们对水稻和其他作物根生长可塑性的理解。此外,该研究还发现,CSLC家族基因也参与调控水稻籽粒大小、种子表皮株高、结实率和根系形态等多种农艺性状。

    该项研究以“CELLULOSE SYNTHASE-LIKE C proteins modulate cell wall establishment during ethylene-mediated root growth inhibition in rice”为题,于2024年6月29日在线发表于The Plant Cell (DOI:10.1093/plcell/koae195)。张劲松研究组博士后周扬、周奕华研究组博士后高易宏和张保才研究员是该论文共同第一作者。博士后周扬、周奕华研究员和张劲松研究员是共同通讯作者。陈受宜研究员为该项研究提供了指导和帮助。该研究得到科技创新2030-农业生物育种重大项目和国家自然科学基金等项目的资助。

图:乙烯促进细胞壁中木葡聚糖(Xyloglucan)合成从而抑制水稻根生长


2


陆发隆研究组合作揭示体外成熟的人和小鼠卵母细胞的关键缺陷

Nature Communications

不孕不育是世界范围内日益突出的重大问题。卵母细胞体外成熟是辅助生殖的重要技术之一。然而,体外成熟卵母细胞来源的胚胎在发育质量和妊娠结局等方面均比体内成熟卵母细胞来源的胚胎差,其分子机制所知甚少。2024年7月2日,《Nature Communications》期刊发表了题为《Maternal mRNA deadenylation is defective in in vitro matured mouse and human oocytes》的研究论文,该研究由山东大学陈子江院士团队吴克良、东北农业大学王加强、东北林业大学刘玉胜以及中国科学院遗传与发育生物学研究所分子发育生物学国家重点实验室陆发隆研究组合作完成。研究发现人和小鼠体外成熟卵母细胞中母源mRNA去腺苷酸化(也称poly(A)尾去尾)受损是体外成熟卵母细胞的关键分子缺陷,对将来辅助生殖技术中提升体外成熟卵母细胞的质量具有指导意义。

    卵母细胞在生长过程中积累大量母源mRNA,并在发育至完全生长阶段后关闭转录,在随后的卵母细胞成熟过程中母源mRNA需要经过严格转录后调控为受精和早期胚胎发育做好准备。本研究使用团队先前开发的PAIso-seq技术对人和小鼠体外和体内成熟的卵母细胞进行了包含完整poly(A)尾巴的全长转录组测序,发现与先前报道一致的数千个基因在体外成熟卵母细胞中poly(A)+转录本水平异常上调。因为在卵子成熟过程中无新的转录本合成,并且已知在此过程中母源mRNA发生大量的mRNA去腺苷酸化。因此研究人员提出新的假设:在体外成熟卵母细胞中观察到的poly(A)+转录本水平异常上调是由去腺苷酸化受损导致的。对全转录组poly(A)尾进行深入分析很好地支持了上述假设。

    进一步对分子机制进行探索表明编码去腺苷酸化复合物重要组分的Btg4和Cnot7的mRNA在卵子成熟过程中通过poly(A)尾加尾驱动的翻译激活受损;导致去腺苷酸化复合物重要组分的蛋白水平降低;从而导致体外成熟卵母细胞中发生全局性的母源mRNA去腺苷酸化重大缺陷。

    东北林业大学刘玉胜教授(遗传发育所博士后)、山东大学附属生殖医院高级实验师陶文荣及东北农业大学与遗传发育所联合培养博士研究生吴爽为本文共同第一作者,山东大学吴克良教授、遗传发育所陆发隆研究员、东北农业大学王加强教授和东北林业大学刘玉胜教授为本文的共同通讯作者。该研究得到了科技部、中国科学院、基金委等多个部门的支持。

图:体外成熟卵母细胞的母源mRNA去腺苷酸化受损是其关键分子缺陷


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肖军研究组绘制冬小麦春化建立、维持和重置过程中的转录及染色质动态图谱

Science China Life Sciences

春化是指植物需要经历长时间的低温处理才能开花的现象,能够保证越冬植物在合适的光温条件下进行生殖生长,从而确保产量。小麦根据春化的需求主要分为需要经历春化才能开花的冬性小麦和不需要经历春化就能开花的春性小麦。对小麦春化进行研究,了解春化调控的机制,对提高小麦品种的适应性具有广泛意义。

    近日,中国科学院遗传与发育生物学研究所肖军研究组利用RNA-seq, ATAC-seq和CUT&Tag技术绘制了田间冬小麦春化建立,维持和重置过程中的转录及染色质动态图谱。研究发现,小麦春化调控的主效基因VRN1受到抑制性组蛋白修饰H3K27me3和激活性组蛋白修饰H3K36me3的调控。通过CRISPR技术,研究人员创制了H3K27me3和H3K36me3的“writer”的缺失突变体Tafie-cr-87和Tasdg8-cr-3/5。该突变体分别表现出早花和晚花的表型,证明了H3K27me3和H3K36me3对VRN1的调控作用。拟南芥中春化主效基因FLC也同时受到H3K27me3和H3K36me3的调控,但与VRN1呈现完全相反的模式。鉴于VRN1和FLC这种镜像的模式,研究人员利用RNA-H3K27me3-H3K36me3模式鉴定了212个VRN1-pattern-like基因和585个FLC-pattern-like基因作为潜在的开花调控因子。其中TaFUL3和TaTOE基因上存在与开花时间显著关联的变异位点,暗示了他们在开花调控中的功能。

    该研究结果以“Distinct roles of H3K27me3 and H3K36me3 in vernalization response, maintenance, and resetting in winter wheat”为题于2024年7月8日在线发表于Science China Life Sciences杂志,肖军组在读博士生刘雪美和已毕业博士生邓民为共同第一作者,肖军研究员,林学磊助理研究员为共同通讯作者,该研究得到了国家自然科学基金(31970529)的资助。

图:H3K27me3和H3K36me3在冬小麦春化响应、维持和重置过程中的不同作用


4


陈宇航研究组在气孔运动调控机理研究中取得新进展

PNAS

作为固着生物,植物不能像动物一样可以通过整体移动来躲避不利的环境因素。面对自然界多种多样的生物和非生物胁迫,植物进化出了独有的适应机制,比如通过气孔介导植物体与外界环境的气体交换来调控自身对环境变化的适应。气孔由成对的肾形保卫细胞构成,它们就像叶子表面上一张张小小的嘴巴,通过开闭运动控制着水分散失和二氧化碳吸收,进而调节植物的蒸腾作用和光合作用。

    在分子水平上,气孔运动由保卫细胞的离子通道所调控。它们通过介导离子跨膜流动来控制保卫细胞膨压变化,进而驱动气孔的运动。在遭遇高浓度二氧化碳、臭氧、干旱和微生物侵袭等环境胁迫时,气孔会关闭以保护植物。在此过程中,慢型阴离子通道SLAC1起到关键作用,其通过感知外界信号并改变自身分子构象来关闭气孔。

    此前,中国科学院遗传与发育生物学研究所陈宇航研究组报道了植物SLAC1第一个冷冻电镜结构(PNAS, 2021)。该结构主要包含主体的跨膜结构域(TMD),而位于膜外的“左膀右臂”(N端~180aa和C端~60aa)由于柔性过大而无法在结构中看见。这些柔性区域携带磷酸化位点,是SLAC1离子通道激活所必需的。前期通过蛋白质质谱和电生理学研究鉴定了6个位于N端的关键磷酸化位点,然而,磷酸化修饰是如何对SLAC1通道“牵一发而动全身”的尚不清楚。

    近期,陈宇航研究组通过生物信息学、电生理学和AlphaFold建模等多种手段进一步揭示了SLAC1的磷酸化激活机制。研究发现,SLAC1柔性的N端和C端部分在胞质内形成调控结构域(CRD),其与TMD互作以维持SLAC1在静息时的自抑制状态。在SLAC1激活过程中,磷酸化修饰引起CRD的构象变化和自抑制的解除。进一步的研究不仅证实了CRD在静息状态下的自抑制功能,而且揭示了其在磷酸化后对维持离子通道开放的必要性。该研究从分子构象、通道活性和生理功能等层面揭示了磷酸化修饰驱动SLAC1通道激活的分子机制,促进了人们从分子层面理解气孔对外界环境变化的感知和响应,研究成果有望为耐旱作物的精准设计和种质创新提供新思路。

    2024年7月8日,该研究成果以题为“Mechanistic insights into phosphoactivation of SLAC1 in guard cell signaling”的研究论文在线发表于PNAS (DOI:10.1073/pnas.2323040121)。陈宇航研究组副研究员秦力和已毕业的博士生邓亚楠、张祥云及唐凌汇为该论文的共同第一作者,陈宇航研究员和哥伦比亚大学Wayne Hendrickson教授为该论文的共同通讯作者。遗传发育所谢旗研究员参与了相关研究工作,实验动物中心的非洲爪蟾设施为电生理学研究提供了重要支撑。该研究得到了科技部重点研发计划、中国科学院战略先导专项、国家自然科学基金和中国博士后科学基金等项目的资助。

图:SLAC1通道的磷酸化激活机制


5


韩方普研究组在植物着丝粒研究中取得进展

Horticulture Research

着丝粒是真核生物染色体的重要结构,其功能异常导致染色体在细胞分裂中无法正确分离,从而影响植物的正常生长和发育。着丝粒的一个显著特征是其核小体含有H3组蛋白变体CENH3。近年来,通过编辑CENH3基因,研究人员在拟南芥、玉米和小麦中成功获得了单倍体诱导系,展示了着丝粒研究在植物育种中的巨大潜力。此外,着丝粒也是人工合成染色体的关键组分。因此,解析着丝粒的结构和功能不仅是染色体生物学的基础研究重点,也是推进合成生物学发展的必要途径。

    中国科学院遗传与发育生物学研究所韩方普研究组长期从事植物着丝粒生物学研究。课题组围绕1)着丝粒序列组成及进化机制,2)着丝粒染色质形成和失活机制,3)着丝粒-动粒调控染色体分离机制这三个着丝粒领域重要的科学问题开展研究,取得了一系列进展[PNAS(2013,2015,2021,2022,2023),Plant Cell(2013a,2013b,2019,2020a,2020b),Genome Research(2021),PLoS Biology(2020), New Phytol (2014,2017,2024),SCIENCE CHINA Life Sciences (2024a,2024b),Plant J(2012,2016,2017a,2017b,2019),J Exp Bot (2021),PLoS Genet (2016)]。

连翘(Forsythia suspensa),是木犀科内的一种落叶灌木,通常高度为1.5至3.0米。其早春开花,花朵繁茂、金黄且芳香,使其成为提升景观效果的备受青睐的观赏灌木。连翘的生态特性包括其保持土壤水分的能力及其显著的抗寒和抗旱性,这使其在丘陵地带和道路沿线的水土保持中得到广泛应用。此外,连翘具有重要的药用价值,其果实提取物是许多中药治疗感冒的关键成分。鉴于其在园艺、生态和传统医学中的重要性,连翘近年来受到了越来越多的关注。然而,尽管连翘基因组研究取得了一些进展,但仍然面临显著挑战。大量未组装序列的存在是连翘基因组研究的主要障碍。

    本研究以二倍体野生“连翘”为研究材料,整合PacBio HiFi、ONT ultra-long和Hi-C等多种先进测序技术以及多种组装策略完成了连翘的T2T gap-free基因组的组装。连翘基因组大小为688.79 Mb,N50序列大小为48.48 Mb,注释到了33,932个编码基因。我们详细进行了连翘着丝粒的序列、结构及功能分析。鉴定到了编码连翘着丝粒特异组蛋白CENH3的基因(FsCENH3),并制备了特异识别CENH3蛋白的抗体,通过染色质免疫共沉淀并结合二代测序的方法(ChIP-seq),精准确定了连翘着丝粒的位置和大小。同时通过生物信息学分析结合荧光原位杂交技术(FISH),鉴定了连翘着丝粒区特异重复序列,发现连翘的着丝粒区具有高度复杂的卫星重复序列(Satellite)结构。与拟南芥、玉米和水稻等主要由单一卫星重复序列组成的着丝粒不同,连翘的着丝粒区包含多种不同长度和类型的卫星重复序列。既有特异于单一染色体着丝粒区的卫星重复序列,也有特异于几对染色体着丝粒区的卫星重复序列,甚至还存在分布于所有染色体着丝粒区的卫星重复序列。这种复杂的卫星重复序列结构表明连翘的着丝粒区在基因组组织和功能上可能具有独特的特性和调控机制,这对于深入了解连翘的染色体分离机制以及其基因组稳定性有重要意义。此外,通过评估着丝粒区域内全长长末端重复序列(LTR)的插入时间,我们发现这些LTR的年龄比整个基因组范围内的LTR更为古老,这与其他物种中着丝粒逆转录转座子通常较年轻的观察结果形成对比。鉴于连翘主要通过无性繁殖,主要通过营养繁殖等方法而非有性繁殖,我们推出无性繁殖可能影响逆转录转座子侵入的动态,进而塑造了连翘着丝粒特有的演化过程。

    该研究成果以“The gap-free genome of Forsythia suspensa illuminates the intricate landscape of centromeres”为题于2024年7月10日上线(Advance Access, https://academic.oup.com/hr/advance-articles)于Horticulture Research,遗传发育所刘阳副研究员,内蒙古师范大学李永教授和遗传发育所韩方普研究员为通讯作者。博士研究生崔健、祝聪乐和申莉莎助理研究员为该文章的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金青年基金的资助。 


图:连翘基因组组装
6


薛勇彪研究组揭示蛋白N端乙酰化协同活性氧稳态促进水稻热响应生长的分子机制

New Phytologist

随着全球变暖的日益加剧,高环境温度已成为维持作物生产力和确保粮食安全的严峻挑战。植物被迫适应更加高温的条件,因此迫切需要解析其与高环境温度下发育协调的内在机制。这种解析有助于预测全球变暖对作物生产力的影响,并有助于培育耐高温的作物品种。

    6月27日,中国科学院遗传与发育生物学研究所薛勇彪团队在New Phytologist 期刊在线发表了题为“N-terminal acetylation orchestrates glycolate-mediated ROS homeostasis to promote rice thermoresponsive growth”的研究论文(DOI: 10.1111/nph.19928),该研究结果揭示了N端乙酰化通过调节乙醇酸介导的ROS稳态促进水稻的热响应生长。

    研究团队通过人工诱变和遗传学筛选,获得了一个在北京夏季(高环境温度)种植时较海南冬季(低环境温度)在生长发育上存在显著缺陷的水稻突变体thermotolerant growth required2 (togr2)。基因克隆显示该基因编码水稻中蛋白N端乙酰转移酶A(NatA)的辅助亚基OsNAA15。进一步利用多种研究手段解析了OsNAA15通过温度依赖的可变剪接产生两种蛋白变体OsNAA15.1和OsNAA15.2,其中的OsNAA15.1能与催化亚基OsNAA10形成有功能的NatA复合体,促进高环境温度诱导的N端乙酰化蛋白组变化。随后,研究人员还通过蛋白修饰组分析和体内酶活实验,确定了过氧化氢生物合成途径的关键酶乙醇酸氧化酶(GLO1和 GLO5)是高环境温度下NatA的主要底物。N端乙酰化修饰作为泛素—蛋白酶体系统降解的信号,调控了GLO1/5的蛋白含量以及H2O2的生物合成。最终,高环境温度下的H2O2含量下降解除了其对生长发育的抑制作用,促进了植物的热响应生长。

    综上所述,该研究揭示了N端乙酰化在温度响应中的关键作用,通过整合温度敏感的可变剪接方式和ROS稳态来促进植物的热响应生长,并为培育具有气候适应能力的作物提供了若干分子靶点。薛勇彪组博士研究生李雪婷、已毕业博士生唐华山和工程师徐婷为共同第一作者,薛勇彪研究员和国家生物信息中心助理研究员张碧瑶为共同通讯作者,该研究得到了中国科学院先导专项和国家自然科学基金的资助。


图:N端乙酰化通过调节乙醇酸介导的ROS稳态促进水稻的热响应生长

7


张劲松研究组揭示水稻乙烯信号开关调控新机制

Nature Communications

植物通过快速调控体内激素的水平和信号转导的开关应对变化的环境刺激。乙烯作为一种气态激素,在调节植物生长发育和环境适应性方面发挥着重要的作用。植物如何通过感知体内乙烯含量快速启动和关闭乙烯信号转导是一个重要的生物学问题。

中国科学院遗传与发育生物学研究所张劲松研究组以水稻乙烯信号转导为模型,利用水稻乙烯信号负调控组分OsCTR2在响应乙烯时快速发生的磷酸化变化作为信号激活和衰退的灵敏指标,发现MHZ3在调控OsCTR2磷酸化中起着重要作用。遗传学上,MHZ3和乙烯受体协同维持OsCTR2磷酸化。在空气中,MHZ3能与I类和II类乙烯受体(OsERS2和OsETR2)相互作用,稳定乙烯受体与OsCTR2的结合,从而维持OsCTR2的活性,抑制乙烯信号转导。乙烯处理会破坏MHZ3-受体-OsCTR2复合物内的结合,减少OsCTR2的磷酸化并启动下游信号。我们之前的研究报道表明,MHZ3也是水稻乙烯信号转导核心组分OsEIN2的稳定因子(Ma et.al., 2018)。本研究发现,MHZ3通过与乙烯受体互作,调控OsCTR2的磷酸化,从而参与乙烯信号的早期事件。总之,该研究阐明了MHZ3在乙烯信号转导通路中的双重角色,即在没有乙烯情况下MHZ3与乙烯受体互作促进OsCTR2磷酸化,抑制信号转导;而在乙烯存在下,MHZ3与 OsEIN2互作增强,稳定OsEIN2使乙烯信号转导处于激活状态。这项研究不仅为乙烯信号级联的早期事件提供了重要见解,还可能为其他信号通路提供参考的概念范式。

    研究结果以“Membrane protein MHZ3 regulates the on-off switch of ethylene signaling in rice”为题于2024年7月16日在线发表于《Nature Communications》 (DOI: 10.1038/s41467-024-50290-4)。张劲松研究组博士生李昕凯为论文第一作者,张劲松研究员、阴翠翠博士和Sainsbury Laboratory赵赫博士为共同通讯作者,该研究得到了陈受宜研究员的指导。华南农业大学马彪教授,福建农林大学卢龙博士参与了该项研究。这项研究得到了农业农村部项目和国家自然科学基金资助。

图:MHZ3调节乙烯信号开关的工作模型

8


陆发隆研究组应邀在Trends in Biochemical Sciences撰写题为“Beyond simple tails: poly(A) tail-mediated RNA epigenetic regulation”的综述文章

Trends in Biochemical Sciences

2024年7月14日,Trends in Biochemical Sciences杂志在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所陆发隆研究组撰写的题为“Beyond simple tails: poly(A) tail-mediated RNA epigenetic regulation”的综述论文(DOI:10.1016/j.tibs.2024.06.013)。该论文总结了近年来关于RNA poly(A)尾的研究进展,表明poly(A)尾不仅是mRNA稳定性和翻译所必需的结构组分,还编码了丰富的调控信息;文章讨论了poly(A)尾长度和其中非A碱基(U、C、G)的种类和分布在基因表达调控中的作用,提出了“poly(A)尾表观遗传调控”的新概念,并从表观遗传信息写入和读取的角度对poly(A)尾介导的基因表达调控进行了总结,清晰地展示了poly(A)尾编码关键表观遗传调控信息的潜力,是理解基因表达调控机制的新的层面。

    由于poly(A)尾在大多数真核生物的mRNA和lncRNA中普遍存在,且在各种组织和细胞poly(A)尾中也都观察到了非A碱基,poly(A)尾的表观遗传调控可能在广泛的生物学和病理过程中发挥着重要作用。作为RNA表观遗传调控的一个新的复杂层面,这一领域值得进一步探索poly(A)尾表观遗传信息的写入、读取和擦除的功能和机制。更好地理解这些机制不仅会在各种生物学系统中揭示基本的基因表达调控机制,还将对利用poly(A)尾表观遗传信息推动基于mRNA的新型疫苗和治疗策略的发展奠定基础。

    博士研究生刘静雯为该论文第一作者,陆发隆研究员为通讯作者。

Poly(A)尾表观遗传调控模式

9


戴建武研究组揭示脊髓损伤纤维瘢痕细胞的起源

Nature Communications

脊髓损伤导致病变部位产生纤维瘢痕,通常被认为是神经再生的障碍。关于纤维化瘢痕的来源是领域内长久争论的问题。一般认为在非穿透性脊髓损伤中,纤维瘢痕细胞主要来源于血管周围成纤维细胞;而在穿透性脊髓损伤中,瘢痕主要来源于脊膜成纤维细胞。也有一些研究认为在穿透性和非穿透性脊髓损伤中,纤维瘢痕细胞主要源于周细胞。同时,有研究表明完全消融纤维瘢痕并不利于损伤的修复,而部分减少纤维瘢痕会促进脊髓损伤恢复,提示脊髓损伤后纤维瘢痕细胞功能存在异质性。

    中国科学院遗传与发育生物学研究所戴建武团队将单细胞测序和谱系示踪结合,系统分析脊髓损伤纤维瘢痕的细胞组成、分布、来源和功能。团队首先利用单细胞测序对细胞进行分析确定了周细胞/血管平滑肌细胞、血管成纤维细胞、脊膜成纤维细胞特异表达的基因。随后利用谱系示踪与单细胞测序结果联合分析,得到如下结论:(1)无论穿透性还是非穿透性脊髓损伤,周细胞/平滑肌细胞都不是纤维性瘢痕的主要来源,脊膜成纤维和血管周围成纤维细胞是瘢痕的主要来源。(2)脊髓损伤后,来源与蛛网膜和硬膜的成纤维细胞主要分布在脊髓损伤中心,而血管周围成纤维和软膜成纤维细胞主要分布在损伤两端。(3)脊膜来源的成纤维激活后表达高水平的胆固醇合成以及I型胶原和纤连蛋白等外基质基因,而血管周围成纤维细胞和软膜成纤维细胞高表达IV型胶原和层粘连蛋白等外基质基因,并参与脂质转运和血管生成。

    本研究解析了脊髓损伤纤维瘢痕的细胞组成和来源异质性,回答了一个领域内长期争议的科学问题,并进一步阐明了不同来源纤维性瘢痕的分布和功能的差异,为针对不同纤维瘢痕特征进行特异性调控奠定理论基础。研究结果以“Heterogeneous fibroblasts contribute to fibrotic scar formation after spinal cord injury in mice and monkeys”为题发表于Nature Communications杂志,第一作者为薛晓钰博士、吴宪明副研究员、范永恒博士、博士生韩舒雨,通讯作者为戴建武研究员、赵燕南青年研究员、肖志峰副研究员。该研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金重点项目等项目的支持。

图:脊髓损伤后纤维瘢痕异质特征示意图。A为正常脊髓,B为损伤后脊髓。

遗传发育所研究生之家
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