《Science》心臟再生重要基因

布魯塞爾自由大學和劍橋大學的研究人員發現，Mesp1基因在心血管譜系分離早期階段扮演重要角色。

一個被馬賽克標記的胚胎心臟，每個顏色補丁都來自早期標記的心臟祖細胞表達的關鍵基因Mesp1

心臟是發育過程中形成的第一個器官。心臟有4個不同區域（心室和心房）。細胞不同功能不同：心肌細胞（cardiomyocytes）負責不停抽吸、血管細胞（vascular cells）形成內壁和血管，起搏細胞（pacemaker cells）發動心跳。

如果創造心臟的祖細胞（progenitor cells）無法在恰當的時機遷移到正確的位置，分化成特定細胞類型，心臟就會畸形發育，導致嚴重出生缺陷——先天性心臟病。

以往的研究表明，來自不同細胞庫的各種心臟祖細胞有一個共同特徵——表達Mesp1基因。除此之外，科學家還未曾發現過其他分子水平上的心臟祖細胞鑒定方法，更無從知曉促進祖細胞進入特定心臟區域或心臟譜系的分子機制。

布魯塞爾自由大學的Cédric Blanpain教授和劍橋大學的Berthold G?ttgens教授在最新一期《Science》發表文章，通過單細胞分子分析和譜系跟蹤，他們終於鑒定出了Mesp1在心血管譜系分離早期的重要作用。

Fabienne Lescroart和同事分離了胚胎髮育不同階段的Mesp1表達細胞，用單細胞轉錄組分析這些早期心臟祖細胞，尋找區域和細胞類型相關的分子特徵，他們證明，不同的心臟祖細胞群的分子狀態有明顯區別。

藉助單細胞分子表達譜分析這些早期祖細胞在缺乏Mesp1情境下的表現，研究人員證明Mesp1對細胞多能狀態維持和心血管基因表達程序誘導都是必須的。

生物信息學分析發現，不同的早期Mesp1祖細胞群致力於不同細胞譜系和心臟區域發育，儘管祖細胞都是未分化的，但是新分析結果顯示，心血管祖細胞群被「預處理」過，早已預先指定可分化為心肌細胞或血管細胞。

本文報道了可用於鑒定心臟早期譜系管制和區域分離的一些相關分子特徵。研究人員觀察到在早期發育階段，不同細胞群的出生位置和時間各不相同，心臟和血管譜系最早分支點與Notch1標記有關，攜帶Notch1標記的早期祖細胞致力於血管譜系發育。

文章通訊作者之一Cédric Blanpain認為，早期譜系分離範式鑒定對控制器官/組織形成都有影響，解鎖未知的分子特徵不僅可深入了解先天性心臟病，還能幫助心血管祖細胞向特定譜系轉化，從而改善心肌修復細胞療法。

通訊作者Bertie Gottgens強調：「新發現的關鍵取決於技術革新，單細胞基因活性圖譜使微小細胞族群研究成為可能。我們還能通過計算機分析基因表達活性將單細胞分類為某個亞組或某細胞類型。根據這些基因圖譜，發現新候選基因，再利用候選基因開發心臟病新療法。」

原文標題

Defining the earliest step of cardiovascular lineage segregation by single-cell RNA-seq

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