從受精卵到完整的人體，我們的四肢是如何發(fā)育的？科學(xué)家利用單細(xì)胞技術(shù)找到了一些線索。1月7日，記者從中山大學(xué)獲悉，該校中山醫(yī)學(xué)院張宏波教授課題組發(fā)布了首個人類肢體發(fā)育單細(xì)胞時空圖譜，解析了胎兒四肢的細(xì)胞演變路徑和細(xì)胞空間位置決定過程。相關(guān)成果論文刊發(fā)于《自然》。
肢體建成的時空調(diào)節(jié)機(jī)制是一個經(jīng)典的發(fā)育生物學(xué)難題。張宏波舉例說：“把雞胚胎里形成前肢的細(xì)胞團(tuán)切下，移植到背部，竟然能夠長出完整的翅膀。去除成年蠑螈的腿，它能夠很快再生，即使在切除8到10次之后，依然能長出新的腿，且?guī)缀蹩床怀鰝邸Ｈ欢ㄈ嗽趦?nèi)，大多數(shù)哺乳動物卻在進(jìn)化過程中喪失了這種成年后的再生能力。”
在細(xì)胞命運決定這個問題上，過去，科學(xué)家往往只能追蹤某一種細(xì)胞的發(fā)育路徑，最多同時追蹤兩到三種細(xì)胞的發(fā)育路徑，無法看到所有細(xì)胞的命運是如何演化的。而對于細(xì)胞的空間位置決定，科學(xué)家通過對胚胎做切片，進(jìn)行單一或少數(shù)細(xì)胞染色，了解到的基因數(shù)量十分有限。
單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組技術(shù)和單細(xì)胞空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)的發(fā)展，使得探秘細(xì)胞演化過程成為可能。
張宏波研究團(tuán)隊從第五周初到第九周胚胎連續(xù)取樣，獲得超過10萬個細(xì)胞，每個細(xì)胞約2000個基因，通過計算分析，團(tuán)隊率先構(gòu)建起精細(xì)的、包含所有細(xì)胞類型的人類四肢發(fā)育單細(xì)胞圖譜。通過團(tuán)隊自主研發(fā)的單細(xì)胞數(shù)據(jù)分析工具——DEAPLOG，他們還能夠更好地找到每一個細(xì)胞的特征，尋找到關(guān)鍵基因，并將這些基因錨定到細(xì)胞演變的路徑上。有了這些信息，團(tuán)隊能夠進(jìn)一步通過實驗驗證哪些基因?qū)е铝思?xì)胞命運的歧化。
論文共同第一作者、張宏波團(tuán)隊博士后張寶介紹，利用這一圖譜，能夠直觀地追蹤特定時間和區(qū)域產(chǎn)生的細(xì)胞類型，鑒定到全新的細(xì)胞類型，并且可以刻畫不同種類細(xì)胞激活的關(guān)鍵基因。
“當(dāng)這些基因的表達(dá)不遵循既定模式，而又行使關(guān)鍵調(diào)控作用時，就可能導(dǎo)致特殊的發(fā)育表型，比如短指和多指等發(fā)育異常的現(xiàn)象。”張寶說。
