题目：
Single-Cell RNA-Seq Reveals Lineage and X Chromosome Dynamics in Human Preimplantation Embryos
阅读日期2022/7/25
发表日期
作者(学校)Sophie Petropoulos, Daniel Edsga¨ rd,Bjo¨ rn Reinius, ..., Sten Linnarsson,Rickard Sandberg, Fredrik Lanner
作者介绍
Sophie Petropoulos
(研究相关：单细胞基因组学，生殖和发育，胎儿编程，分子和细胞生物学，跨代遗传，表观遗传学，胚胎发育)
研究方向
1.研究植入前环境中的“侮辱”如何在单细胞分辨率下改变前三个谱系的“组学”（子宫组，转录组和非编码RNA），以及这些改变如何重新编程胎盘和发育中的胎儿，最终导致生命后期的疾病和紊乱。
2.研究辅助治疗和离体环境对植入前胚胎的影响，如人工生殖（ART）中发生的那样。
3.揭示哺乳动物植入前胚胎发育和RNA生物学的基本方面。
4.以单细胞分辨率研究哺乳动物胚胎中潜在的谱系形成机制
摘要：
提出了人类胚胎发育的全面转录图，包括来自88个人类植入前胚胎的1,529个单个细胞的转录组测序。这些数据显示，细胞经历了一个系别基因共同表达的中间状态，随后滋养层、外胚层和原始内胚层系别同时建立，这与囊胚形成相吻合。所有三个系的雌性细胞在植入前实现了X染色体RNA水平的剂量补偿。然而，与小鼠不同的是，在这种表达抑制的整个过程中，XIST是由两个等位基因转录的，并且在剂量补偿进行时，X染色体基因保持双亲表达。我们设想这个转录图谱在未来的人类发育研究以及干细胞研究中具有广泛的用途
过往研究在人类发育的头7天，胎儿经历了细胞分裂，建立了成熟囊胚的前三种不同的细胞类型：滋养层（TE）、原始内胚层（PE）和外胚层（EPI）, 数量有限的研究集中在将动物模型系统的结论转化为人类，提供了许多见解，但也揭示了在谱系标记的转录和时空调控方面的关键物种差异
利用单细胞rna测序技术，我们现在提供了一个全面的资源，描述了进行性谱系规范的转录动力学，并揭示了人类植入前胚胎中X染色体的剂量补偿
方法：
为了获得人类植入前发育的转录图，对从胚胎中分离出来的单个细胞的转录组进行了测序，范围从8细胞期到植入前的时间点。经过质量控制，从88个胚胎中保留了1,529个高质量的单细胞转录组，平均有8,500个表达基因。每个胚胎日共分析了13至24个胚胎和81至466个细胞。为了确定每个胚胎的性别，我们评估了每个细胞的Y-连锁基因的表达水平
研究从胚胎到囊胚的过渡，我们把重点放在E3到E5的细胞和系别基因（三个系别中每个系别前100个差异表达的基因）。TE特异性基因形成了三个主要集群（图4D和4E），反映了它们的表达与成熟TE细胞中的表达一致的顺序（表示TE.early、TE.mid和TE.late）。此外，PE和EPI特异性基因形成了两个主要集群，与它们表达水平提高的时间相对应（图4D和4E）。在E4期间，细胞倾向于表达早期EPI基因，对应于大约一半的调查EPI特异性基因和一个较小的PE和TE基因子集。有趣的是，在E5早期，细胞已经激活了大约一半的TE基因（TE.early和TE.mid），同时仍然保持早期EPI基因的表达，这表明系谱标志物共同表达的一个中间阶段。在E6和E7阶段观察到较少的共表达细胞，证实了这确实是一个细胞状态，在系别成熟之前。
为了进一步研究这种女性特有的X染色体下调，我们计算了每个胚胎日和细胞系的转录基因的女性与男性的相对表达水平
讨论：
对完整数据集的分析显示，细胞转录组主要是根据胚胎阶段进行分离，其次是根据系谱（TE-ICM和EPI-PE）、胚胎间的差异和亚群（极地到壁层TE）进行分离
人类的压实并不像小鼠那样突出，在一些囊胚中会出现部分压实，进一步延迟了不同的内-外区的形成。在E4后期压实的胚胎细胞中，启动了转录TE程序，包括增加GATA3、PTGES和PDGFA的表达。重要的是，这种转录诱导是在同时共同表达EPI和PE基因时发生的。直到E5，在囊胚形成过程中，这些共同表达的血统基因才开始变得相互限制
人类多能基态的特征应该是雌性细胞表达XIST并具有两条X染色体的活性，同时仍然表现出雌性到雄性的剂量补偿。
两条X染色体最初的双重和部分表达抑制的模型。XIST代表了一个明显的候选人，作为这种抑制的调解人。然而，也应该考虑另一种系统的可能性，可以想象，另一种系统可能是更古老的剂量补偿机制的进化痕迹，可能在人类植入前发育中充当第二层补偿
贡献：
提供的人类植入前胚胎的转录图谱具有前所未有的细胞和时间分辨率，因此将成为未来旨在更好地了解人类发育和胚胎干细胞的研究中的独特资源
感悟：将各胚胎日的品系特异性结果结合起来，分别得出439、820和222个明显保持TE-、EPI-和PE-特异性的基因。排名靠前的EPI基因在E6和E7的EPI系细胞中表现出明显的特异性表达模式，而在E5，EPI基因在某种程度上也在PE细胞中表达（图3A和3B）。排名靠前的保持的PE基因在整个E5到E7都有特异性表达，而TE基因在E3和E4有低表达，但在E5到E7的所有细胞中都有表达，尽管在TE细胞中表达水平更高（图3A和3B）。
几个已知的TE标志物，如GATA3、DAB2和GATA2都是排名靠前的基因（分别排名2、25和58）。
有趣的是，CDX2有差异表达，但只排在第209位，而EOMES根本没有表达。除了已知的标记外，还发现了几个描述较少的标记，如PTGES、EMP2、TGFBR3和PDGFA（排名1、4、23和33）。
已知的分类基因并没有显著表达
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文章亮点：
来自88个人类植入前胚胎的1,529个细胞的转录组
滋养层、原始内胚层和多能外胚层的血统分离
人类囊胚中的X染色体剂量补偿
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