近日，北京博奧晶典生物技術(shù)有限公司合作客戶北京大學(xué)鄧宏魁研究員團(tuán)隊(duì)與其合作者在Cell Research雜志上發(fā)表了利用單細(xì)胞測(cè)序研究腸道類器官構(gòu)建的文章“Establishment of intestinal organoid cultures modeling injury-associated epithelial regeneration”，至此，博奧晶典單細(xì)胞平臺(tái)已累計(jì)支持客戶發(fā)表文章29篇，累計(jì)影響因子達(dá)369.264分，是目前國(guó)內(nèi)單細(xì)胞方向支持發(fā)文最多、累計(jì)影響因子最高的公司。

上皮損傷修復(fù)腸道類器官模型的構(gòu)建

Establishment of intestinal organoid cultures modeling injury-associated epithelial regeneration

【發(fā)表期刊】?Cell Research

【影響因子】?20.507

【發(fā)表時(shí)間】2021年01月08日 線上發(fā)表

摘要

為彌補(bǔ)普通類器官培養(yǎng)（ENR類器官）只能反應(yīng)穩(wěn)態(tài)下干細(xì)胞及其分化細(xì)胞狀態(tài)的不足，研究組利用由8個(gè)化學(xué)組分構(gòu)成的新型腸道類器官培養(yǎng)系統(tǒng)，在體外建立了具有損傷再生特征的新型腸道類器官，稱為增生性腸道類器官（Hyper類器官）；基于Hyper類器官，研究者利用單細(xì)胞RNA測(cè)序鑒定了類器官中不同的再生干細(xì)胞亞群，發(fā)現(xiàn)它們與體內(nèi)損傷模型干細(xì)胞有相同的分子特征；進(jìn)一步分析鑒定了Hyper類器官基因組重編程和再生的關(guān)鍵調(diào)控小分子，并發(fā)現(xiàn)它們是通過(guò)表觀調(diào)控YAP信號(hào)傳導(dǎo)來(lái)發(fā)揮作用。這項(xiàng)工作為研究上皮組織器官再生提供了新型的體外模型，同時(shí)也揭示了表觀遺傳調(diào)控在器官再生中的重要性。

研究背景

3D類器官技術(shù)能夠在體外模擬體內(nèi)器官組織的三維結(jié)構(gòu)和生理功能，已被廣泛應(yīng)用于疾病模型建立、藥物篩選和宿主-微生物等多種研究中，顯示出廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的類器官技術(shù)存在明顯的缺陷：模擬了體內(nèi)穩(wěn)態(tài)環(huán)境下干細(xì)胞及其分化細(xì)胞的相互作用，無(wú)法呈現(xiàn)損傷再生條件下的器官組織變化。如何在體外建立能夠捕獲損傷態(tài)干細(xì)胞的類器官培養(yǎng)方法，是類器官研究及應(yīng)用面臨的重要挑戰(zhàn)。

研究結(jié)果

結(jié)果一：

損傷再生腸道類器官模型的構(gòu)建

研究組以類器官研究中普遍使用的腸道類器官為篩選模型，開展了大規(guī)模的化學(xué)小分子和細(xì)胞因子的篩選，發(fā)現(xiàn)一個(gè)由8個(gè)化學(xué)成分組成的培養(yǎng)條件（簡(jiǎn)稱8C），能夠在小腸類器官培養(yǎng)過(guò)程中啟動(dòng)損傷再生基因的表達(dá)，生長(zhǎng)出更加復(fù)雜的出芽結(jié)構(gòu)。這種類器官被命名為增生性腸道類器官，簡(jiǎn)稱Hyper類器官（Hyper-organoid）。

結(jié)果二：

單細(xì)胞測(cè)序揭示Hyper類器官的譜系組成

研究人員接下來(lái)利用單細(xì)胞RNA測(cè)序技術(shù)，比較了Hyper類器官與ENR類器官的差異。整合數(shù)據(jù)一共將細(xì)胞分為17個(gè)亞群，與ENR相比，Hyper類器官中顯著富集了Lgr5+腸道干細(xì)胞群和Clu+復(fù)活樣干細(xì)胞（revival-like stem cells）群，這些干細(xì)胞群體與體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的腸道損傷態(tài)干細(xì)胞具有相似的分子特征和屬性。通過(guò)譜系追蹤和單細(xì)胞重建類器官實(shí)驗(yàn)，作者進(jìn)一步證實(shí)Hyper類器官中的Lgr5+細(xì)胞具有腸道干細(xì)胞的功能。

結(jié)果三：

VPA和EPZ6438在Hyper類器官形成中有關(guān)鍵作用

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)兩個(gè)表觀遺傳小分子VPA和EPZ6438在8C條件中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，調(diào)控了Hyper類器官中損傷再生相關(guān)的分子和表型特征的誘導(dǎo)及維持，特別是對(duì)于損傷態(tài)干細(xì)胞的誘導(dǎo)具有決定性作用。機(jī)制研究分析進(jìn)一步闡明VPA和EPZ6438主要通過(guò)調(diào)控YAP通路下游基因的激活發(fā)揮作用，這一作用很可能是通過(guò)降低小腸類器官YAP下游靶基因的H3K27me3甲基化水平來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

結(jié)果四：

體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證VPA和EPZ6438聯(lián)合處理能促使損傷腸道組織再生

對(duì)VPA和EPZ6438的聯(lián)合處理能否促進(jìn)體內(nèi)小腸組織在損傷條件下的再生修復(fù)進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)這個(gè)組合在輻照誘導(dǎo)的小腸損傷小鼠模型中能夠有效增強(qiáng)再生反應(yīng)，顯著上調(diào)輻照小腸隱窩的YAP下游靶基因，并且這些基因的H3K27me3水平有明顯的下調(diào)。

研究結(jié)論

該研究在體外建立了具有損傷再生特征的新型類器官模型，該模型克服了類器官技術(shù)在體外無(wú)法模擬損傷再生條件下器官組織變化的缺陷，能夠捕獲并維持器官再生中的損傷干細(xì)胞群，同時(shí)具備在體外高效擴(kuò)增和長(zhǎng)期維持的能力，為未來(lái)利用類器官技術(shù)在研究器官再生、建立疾病損傷模型和藥物篩選等方面提供了更加廣闊的應(yīng)用前景。