Cell Discovery发表小鼠胎盘发育时空转录组图谱

2024年10月22日，国家基因库生命大数据平台支撑科研成果在《Cell Discovery》发表。该研究题为“A spatiotemporal transcriptomic atlas of mouse placentation”，构建并解析了胚胎植入后E7.5-E14.5小鼠胎盘发育的空间转录组图谱。

上述研究相关数据通过国家基因库进行数据管理和开放共享，项目编号为：CNP0004966；同时搭建了一个全面观察胎盘特定基因表达模式的数据库-小鼠胎盘发育时空转录组图谱(MPSTA)，方便用户进行在线交互式分析和数据可视化探索。

研究背景

胎盘是哺乳动物发育过程中形成的第一个器官，在母体妊娠和胎儿生长发育过程中扮演着至关重要的角色，它能够通过调节母体的内分泌、免疫等功能以及供给胎儿的营养需要，实现母体和胎儿的相互适应。尽管胎盘对于妊娠过程非常关键，但胎盘仍然是人类最不了解的器官之一。

小鼠与人类胎盘同属血绒毛膜胎盘，因其在形态和功能上与人类胎盘的相似性而在胎盘研究中被广泛应用。近年来，多项与胎盘和蜕膜有关的单细胞图谱类研究极大地增进了我们对胎盘发育过程中胎盘细胞组成及功能的认识[1, 2]。然而，由于单细胞转录组技术难以捕获成熟状态下的多核合体滋养层细胞和多倍体滋养层巨细胞，因此无法完整描绘此类胎盘细胞的空间定位和基因空间表达模式。北京大学生命科学学院杜鹏研究员课题组近期发表的一项研究利用空间转录组技术定义了小鼠子宫蜕膜的功能分区[3]，但尚未有研究阐明小鼠胎盘的完整时间-空间转录景观。

研究内容

在该研究中，研究团队利用Stereo-seq空间转录组技术，对E7.5、E8.5、E9.5、E10.5、E12.5、E14.5阶段采集的包含胚胎的小鼠子宫段组织进行组织切片和测序，并整合其他团队发表的单细胞转录组数据[1, 2] 进行联合分析，绘制了从E7.5到E14.5的小鼠胎盘时空转录组图谱。图谱涵盖了之前单细胞转录组检测受限的成熟合体滋养层细胞、壁滋养层巨细胞等较大体积的滋养层细胞，并重点关注了胎盘圆锥、迷路、母胎界面等小鼠胎盘重要的功能区域。

通过解析胎盘空间转录组，研究鉴定了小鼠早期滋养层结构-胎盘圆锥的精细结构层次及空间发育轨迹。在行使营养交换功能的迷路区域，细胞通讯分析揭示了滋养层发育和胎盘血管生成的关键调节因子；研究发现合体滋养层细胞可能通过分泌Midkine调节胎盘血管内皮细胞的发育。而在滋养层侵袭界面，研究鉴定了包括ATF3、JUN、JUNB、STAT6、MXD1、MAFF、FOS和IRF7等在内的界面特异性转录因子-调控模块；并通过构建动物模型，发现母体高脂饮食能够通过激活炎症反应和干扰血管发育的调节，使母胎界面的转录组发生变化。此外，研究观察到了父源表达与母源表达印记基因在小鼠胎盘空间上的差异分布，父源基因富集于胎盘迷路和交界区；而母源基因主要富集于胎盘迷路和蜕膜区域，在交界区分布较少。

研究结论

总体而言，本研究系统地构建了胎盘发育的时空转录组图谱，揭示了可能在母胎界面发挥功能的转录调控模块以及参与胎盘迷路血管发育的潜在调节因子，为未来进一步研究和发掘胎盘发育的关键基因和通路提供了数据资源和线索。

复旦大学附属妇产科医院、复旦大学生殖与发育研究院黄荷凤院士为该论文的末位通讯作者，深圳华大生命科学研究院高雅副研究员，复旦大学附属妇产科医院吴琰婷、张宇为论文的共同通讯作者。复旦大学附属妇产科医院吴琰婷教授、博士研究生苏开臻、深圳华大生命科学研究院张颖博士、梁郎超博士为论文的共同第一作者。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41421-024-00740-6
引用文献：
[1] Jiang, X. et al. A differentiation roadmap of murine placentation at single-cell resolution. Cell Discov 9, 30, doi:10.1038/s41421-022-00513-z (2023).
[2] He, J. P., Tian, Q., Zhu, Q. Y. & Liu, J. L. Single-cell analysis of mouse uterus at the invasion phase of embryo implantation. Cell Biosci 12, 13, doi:10.1186/s13578-022-00749-y (2022).
[3] Yang, M. et al. Spatiotemporal insight into early pregnancy governed by immune-featured stromal cells. Cell 186, 4271-4288.e4224, doi:10.1016/j.cell.2023.08.020 (2023).
信息来源于：“复旦大学附属妇产科医院”公众号。