人类早期脑类器官发育的形态动力学
‘Morphodynamics of human early brain organoid development’

对脑类器官的研究可以对促进人类大脑发育机制的理解,并为探索无限制发育系统中的自组织机制提供机会.这篇研究论文建立了长期,实时的光片显微镜技术,用于观察由荧光标记的人类诱导多能干细胞生成的非引导脑类器官,从而能够在数周的类器官发育过程中追踪组织形态,细胞行为和亚细胞特征.研究者提供了一种新颖的双通道,多镶嵌和多蛋白标记策略,并结合计算解多路复用方法,从而能够同时量化类器官发育过程中不同的亚细胞特征.研究者追踪肌动蛋白,微管蛋白,质膜,细胞核和核膜的动态变化,并量化组织状态转变,包括神经上皮诱导,成熟,管腔化和脑区域化过程中细胞形态和排列的变化.

基于成像和单细胞转录组模式,研究者发现发育中的神经上皮管腔扩张和细胞形态类型组成,与涉及细胞外基质通路调节器和机械传感的基因表达程序的调节相关.研究者发现,外源性基质可增强管腔扩张和端脑的形成;在缺乏外源性基质的情况下生长的非引导类器官的形态发生改变,神经嵴增加,组织特征尾侧化.基质诱导的区域引导和管腔形态发生与WNT和Hippo(YAP1)信号通路相关,包括WNT配体分泌介质(WLS)的空间限制诱导,该介质标志着非端脑脑区的最早出现.总之,这篇论文为研究人类大脑形态动力学开辟了一条途径,并支持了基质关联的机械传感动力学在大脑区域化过程中发挥核心作用的观点.

作者Akanksha Jain, Gilles Gut, Fátima Sanchis-Calleja, Reto Tschannen, Zhisong He, Nicolas Luginbühl, Fides Zenk, Antonius Chrisnandy, Simon Streib, Christoph Harmel, Ryoko Okamoto, Malgorzata Santel, Makiko Seimiya, René Holtackers, Juliane K. Rohland, Sophie Martina Johanna Jansen, Matthias P. Lutolf, J. Gray Camp & Barbara Treutlein