2025年1月28日，中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院彭廣敦研究團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞·報(bào)告》（Cell Reports）發(fā)表重要研究成果，成功開發(fā)出名為“DuTracer”的新型單細(xì)胞譜系示蹤技術(shù)。該技術(shù)通過巧妙結(jié)合兩種基因編輯工具CRISPR-Cas9和Cas12a，顯著提升了細(xì)胞譜系追蹤的精度和深度，為解析胚胎發(fā)育、器官再生及疾病機(jī)制提供了全新工具。
在生物學(xué)中，細(xì)胞譜系示蹤類似于繪制“細(xì)胞家族樹”，可追溯細(xì)胞從起源到分化的完整歷程。傳統(tǒng)方法常因技術(shù)限制導(dǎo)致信息記錄不全，而基于CRISPR的基因編輯技術(shù)雖提高了分辨率，卻存在“靶點(diǎn)間大片段刪除”的難題——這如同在記錄家族歷史時(shí)丟失了關(guān)鍵代際信息。 ?
DuTracer的創(chuàng)新之處在于同時(shí)利用Cas9和Cas12a兩種核酸酶，并通過控制它們的激活時(shí)間，有效避免多靶點(diǎn)同時(shí)編輯引發(fā)的干擾。實(shí)驗(yàn)顯示，該技術(shù)在小鼠胚胎干細(xì)胞和類器官模型中成功降低了90%以上的有害刪除事件，記錄的細(xì)胞分裂層級更深，能更精準(zhǔn)地還原細(xì)胞分化路徑。
研究團(tuán)隊(duì)在HEK293T細(xì)胞和小鼠胚胎類器官中驗(yàn)證了DuTracer的性能。結(jié)果顯示，該技術(shù)不僅能清晰區(qū)分心臟細(xì)胞的不同起源（如第一心域和第二心域），還首次揭示了“神經(jīng)中胚層前體細(xì)胞（NMPs）”的分化偏好性。例如，轉(zhuǎn)錄因子Foxb1被確認(rèn)為促進(jìn)NMP向神經(jīng)譜系分化的關(guān)鍵調(diào)控因子，其缺失會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)發(fā)育受阻，而中胚層特征增強(qiáng)。
彭廣敦研究員表示：“DuTracer為單細(xì)胞水平的譜系追蹤設(shè)立了新標(biāo)準(zhǔn)。它不僅適用于胚胎發(fā)育研究，未來還可用于解析癌癥轉(zhuǎn)移、器官再生等復(fù)雜過程。”團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步優(yōu)化技術(shù)，探索其在人類類器官和動(dòng)物模型中的應(yīng)用。
論文通訊作者為中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院彭廣敦研究員，第一作者為助理研究員陳城、博士后廖遠(yuǎn)鑫和博士生朱淼。研究獲國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金及廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金等項(xiàng)目支持。
DuTracer設(shè)計(jì)及其在類器官中的應(yīng)用示意圖
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