主要由于两个原因难以获取PGC(Primordial Germ cell ) 的前体,第一个是难以在体内获取足够的样本来通过单细胞转录组测序对PGC(Primordial Germ cell ) 的前体来充分定义;第二个则是14天以后的体外培养胚胎就不会被伦理学所允许。
尽管小鼠,猕猴,猪相关研究已经比较成熟,不过,由于人的生殖谱系依然没有完成整体的构成的原因,即无法知晓是否原始中胚层样细胞(iMeLC)为PGC的前体依然困扰着我们对人类生殖细胞发育机制的研究。
最先开始的人类中iMeLC的研究Robust In Vitro Induction of Human Germ Cell Fate from Pluripotent Stem Cells,表明,人类诱导的多能干细胞(hiPSCs)首先被诱导为早期中胚层样细胞(iMeLC),然后再被诱导为具有与早期PGCs相似的基因表达的原始生殖细胞样细胞(PGCLCs)
在下面的三篇文章中,可以大概得出一些关于(iMeLC)细胞群体的特异性(标记)marker基因。
发表在cell stem cell 上的Robust In Vitro Induction of Human Germ Cell Fate from Pluripotent Stem Cells 这篇文章中存在一类细胞群体的多能性基因水平与hiPSCs相似,未显示PGC或内胚层基因,中胚层基因适度上调(如T、EOMES、SP5和MIXL1,分别为~几个、~30、~100和~50个拷贝),表明它们正处于早期的中胚层细胞。这里作者将其定义为iMeLC。
在Clonal variation of human induced pluripotent stem cells for induction into the germ cell fate 这篇文章中,发现不同的hiPSC之间存在不同的PGCLC诱导效率,更关键的是,这种效率的改变反映在iMeLC的基因表达状态中,主要体现在iMeLC中EOMES、MIXL1或T的表达水平与后续PGCLC生成的效率呈正相关,而CDH1、SOX3或FGF2的表达呈负相关。而这些变化在这篇文章中被证明iMeLC诱导过程中发生的这些基因的表达变化是成功诱导PGCLC的关键标记,此外,不同的hipsc有不同的分子特征,影响其对iMeLC的诱导反应。
发表在cell stem cell上的 Evolutionarily Distinctive Transcriptional and Signaling Programs Drive Human Germ Cell Lineage Specification from Pluripotent Stem Cells 论文别出新颖,在文章中,阐明了驱动hPGCLC从iPSC分化的关键转录因子及其与重要信号通路的相互作用。iMeLC的生殖系能力由WNT信号的持续时间和剂量决定,WNT信号诱导EOMES表达以激活SOX17,SOX17是hPGCLC产生的关键驱动因素。在hPGCLC诱导后,BMP信号以SOX17独立的方式激活TFAP2C。SOX17和TFAP2C随后协同启动hPGCLC转录程序,包括BLIMP1表达。该规范程序在关键转录因子及其层次结构方面与小鼠的mPGC(小鼠原始生殖细胞)有所不同,为进一步研究人类生殖细胞发育提供了基础。
这些研究表明,在传统条件下培养的人类iPSCs (hiPSCs)首先被ACTA和WNT信号诱导成表达T、MIXL1 (MIX-like 1)和EOMES 等基因的早期中胚层样细胞(iMeLCs),这些细胞又被BMP4诱导成hPGCLCs (Sasaki et al., 2015, Yokobayashi et al., 2017)。在这一过程中,一些特殊转录因子在其中发挥的作用需要进一步的研究。
目前研究得知,在Evolutionarily Distinctive Transcriptional and Signaling Programs Drive Human Germ Cell Lineage Specification from Pluripotent Stem Cells 论文中指出MIXL1能驱动斑马鱼内胚层规范的Sox17表达(Alexander和Stanier,1999),并在转化生长因子β(TGF-β)信号传导的下游发挥作用,这是小鼠内胚层形成中的关键功能(Hart等人,2002)。在该文章中生成了MIXL1−/−hiPSC群体,然而,它们出乎意料的会被被诱导成iMeLC,然后以正常方式被诱导成PGCLC,这里我们可以初步的把MIXL1在imelc诱导PGC的关键转录因子中去除。相似的研究发现表明EOMES,而不是T或MIXL1,在hPGCLC规范中起着关键作用,最有可能是通过上调SOX17,这里不再赘述。