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隊在《細胞·報告》（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、器官再生及疾病機制提供了全新工具。
在生物學(xué)中，細胞譜系示蹤類似于繪制“細胞家族樹”，可追溯細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“靶點間大片段刪除”的難題——這如同在記錄家族歷史時丟失了關(guān)鍵代際信息。 ?
DuTracer的創(chuàng)新之處在于同時利用Cas9和Cas12a兩種核酸酶，并通過控制它們的激活時間，有效避免多靶點同時編輯引發(fā)的干擾。實驗顯示，該技術(shù)在小鼠胚胎干細胞和類器官模型中成功降低了90%以上的有害刪除事件，記錄的細胞分裂層級更深，能更精準地還原細胞分化路徑。
研究團隊在HEK293T細胞和小鼠胚胎類器官中驗證了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)中胚層前體細胞（NMPs）”的分化偏好性。例如，轉(zhuǎn)錄因子Foxb1被確認為促進NMP向神經(jīng)譜系分化的關(guān)鍵調(diào)控因子，其缺失會導(dǎo)致神經(jīng)發(fā)育受阻，而中胚層特征增強。
彭廣敦研究員表示：“DuTracer為單細胞水平的譜系追蹤設(shè)立了新標準。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?！眻F隊計劃進一步優(yōu)化技術(shù)，探索其在人類類器官和動物模型中的應(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、博士后廖遠鑫和博士生朱淼。研究獲國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金及廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金等項目支持。
DuTracer設(shè)計及其在類器官中的應(yīng)用示意圖
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