WNT3A

引言尾巴的缺失是人类和“拟人类人猿”进化谱系中最显著的解剖学变化之一，并被认为对人类两足行走有贡献。然而，促进原始人尾巴丢失进化的遗传机制仍然未知。2024年2月28日，哈佛大学夏波、纽约大学Itai Yanai 及Jef Boeke共同通讯在Nature 在线发表题为“On the genetic basis of tail-loss evolution in humans and apes”的研究论文，该研究表明，在原始人祖先的基因组中插入一个Alu元素可能促进了尾巴丢失的进化。尾巴附属物在不同脊椎动物的形态和功能上有很大的不同。特别是对于灵长类动物来说，尾巴适应了一系列的环境，这暗示了动物的运动方式。例如，帽猴进化出了一条可抓握的尾巴，在栖息于树上时，这条尾巴可以帮助它们抓握物体。然而，包括人类和猿类在内的原始人在进化过程中失去了外部尾巴。据推测，尾巴的丧失发生在大约2500万年前，当时古人类谱系与古老的旧大陆猴子分道扬镳，只留下3-5个尾椎骨，形成了现代人的尾骨或尾骨。长期以来，人们一直推测，原始人的尾巴缺失有助于直立和两足运动，而这些运动的进化发生与尾巴的缺失相吻合。然而，促进失尾进化或直立和两足运动的遗传机制仍不清楚。灵长类动物基因组测序项目的最新进展使推断基因型和表型变化之间的因果关系成为可能，并使寻找控制尾巴发育的类人猿特有的遗传元件成为可能。在猿和人类的进化谱系中，最显著的变化之一是失去了尾巴——这是它们与封面上的帽猴(Macaca radiata)等猴子区别开来的一个特征。然而，这种发展背后的遗传因素仍然不清楚。在本周的这期杂志上，夏波等人揭示了单个转座子可能导致猿和人类的尾巴消失。研究人员发现，将转座子插入TBXT的非编码部分(TBXT是一种对尾巴发育很重要的基因)会导致该基因的选择性剪接。当DNA被转录成RNA时，这种剪接会去除基因中部分蛋白质编码部分，作者认为这可能是导致尾巴丢失的原因（Credit: Nature）脊椎动物的发育遗传学研究已经阐明了尾巴发育背后的基因调控网络。例如，小鼠基因组信息学(MGI)数据库包括100多个从自然突变和诱导诱变研究中鉴定出的与尾巴表型缺失或缩短有关的基因。这些基因的表达，包括诱导中胚层和终胚层的核心因子，如Tbxt(也称为T或Brachyury)、Wnt3a和Msgn1，在原始条纹和后体形成的发育中丰富。尽管这些基因的扰动可能导致尾巴缩短或完全没有尾巴，但在类人猿中，导致尾巴缺失进化的因果遗传变化仍然未知。了解原始人失去尾巴的遗传学可能会深入了解导致人类特征(如两足行走)的进化压力。类人猿尾巴丢失的进化（Credit: Nature）该研究提出的证据表明，在类人猿中，尾巴丢失进化的一个可能的进化场景涉及到在TBXT的内含子中插入一个AluY元素。研究证明，插入TBXT基因内含子的Alu元件与邻近的祖先Alu元件以相反的基因组方向编码，并导致类人猿特异性的选择性剪接事件。为了研究这一剪接事件的影响，建立了多个小鼠模型，表达全长和外显子跳过的Tbxt亚型，模拟其类人猿同源Tbxt的表达模式。表达两种Tbxt亚型的小鼠表现出完全没有尾巴或尾巴缩短，这取决于在胚胎尾芽中表达的Tbxt亚型的相对丰度。这些结果支持了外显子跳过转录物足以诱导尾巴缺失表型的观点。此外，表达外显子跳过的Tbxt亚型的小鼠会出现神经管缺陷，这种情况在人类新生儿中约有千分之一。因此，尾巴丢失的进化可能与神经管缺陷的潜在适应成本有关，而神经管缺陷至今仍在影响人类健康。原文链接https://www.nature.com/articles/s41586-024-07095-8责编|探索君排版|探索君文章来源|“iNature”End往期精选围观一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版）热文Nature | 破除传统：为何我们需要重新思考肿瘤的命名方式热文Nature | 2024年值得关注的七项技术热文Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望热文Nature | 癌症与神经系统的致命舞蹈

点击图片查看OTC2023类器官前沿应用与3D培养论坛会后报告，OTC2024论坛征集投稿做报告，详询：王晨 180 1628 8769文章来源：小张聊科研导语为帮助类器官研究领域的学者提供理论基础和前沿知识，小学社特地整理了近期发表的高分文章，涉及到心脏、乳腺、视网膜等不同类器官的研究，希望能为有需要的老师们提供更多的研究思路。人类心脏类器官：当前应用和未来前景Eur Heart J. IF: 39.3/Q1.2023 Dec 16:ehad841. doi: 10.1093/eurheartj/ehad841.心血管疾病 (CVD) 每年导致全球范围内高达 1800 万人的死亡，已成为了主要的死亡原因。在研究 CVD 的机制、评估心脏安全性以及开发新疗法的过程中，传统的动物和细胞模型被广泛应用。然而，值得注意的是，约 90% 在动物模型中开发的药物在临床试验中遭遇失败，其中约 45% 是由于意外的人体毒性，特别是心脏毒性。这突显了当前模型的局限性，并强调了对于更复杂工具的需求，以更好地研究人类疾病并加速从实验室到临床的转化过程。近年来，随着干细胞技术的重大突破，类器官已成为一种强大的工具，为解决这一问题提供了新的可能性。类器官是一种三维的微型器官样结构，能够模拟真实器官的结构和功能。与传统的二维细胞培养物相比，类器官为研究提供了更具生理相关性的模型。垂体干细胞：过去、现在和未来的前景Nat Rev Endocrinol. IF: 40.5/Q1. 2023 Dec 15. doi: 10.1038/s41574-023-00922-4.在垂体细胞中，表达转录因子SOX2的细胞被视为干细胞，因为它们具备自我更新的能力，并且能分化为多种类型的垂体激素产生细胞，形成类器官。虽然创伤和生理挑战能够激活垂体干细胞，但细胞的恢复数量并不完全，而且随着年龄的增长，动员干细胞的能力逐渐减弱。目前，关于这些限制的基础机制尚不明确。干细胞的静息与激活受到多种信号通路的调节，包括由WNT、Hippo以及多种细胞因子介导的信号通路。然而，这些通路之间的相互作用机制仍需进一步研究。垂体类器官可由人类或小鼠的胚胎干细胞或人类诱导多能干细胞形成。人垂体类器官的移植已成功诱导垂体切除小鼠释放皮质酮，从而提高了其在治疗应用上的潜力。目前，垂体类器官有潜力评估单个基因和遗传变异对体内外激素产生的影响，为垂体干细胞生物学和垂体器官发生领域的研究提供了强有力的工具。本文概述了垂体干细胞功能的最新发现，并强调了未来研究的重要方向。通过深入探究这些方向，有望为垂体干细胞生物学和相关领域带来更大的突破。培养皿中的 NEN：源自患者的类器官生物库揭示了神经内分泌肿瘤的潜在新治疗机会Cancer Cell. IF: 50.3/Q1. 2023 Dec 11;41(12):2014-2016. doi: 10.1016/j.ccell.2023.11.006.神经内分泌肿瘤是一种较为罕见的癌症，其治疗选择和临床前模型相对有限。在最新一期的《Cancer Cell》杂志中，Dayton等人成功建立了一个来源于患者的肿瘤类器官生物库，该库包含了肺低级别神经内分泌肿瘤（LNET）和高级别神经内分泌肿瘤（LCNEC）。利用独特的生态位扰动和药物反应测定技术，他们成功识别出了新的生物标志物依赖性治疗漏洞，为神经内分泌肿瘤的治疗提供了新的思路和靶点。基于网格树的分析揭示了患者源性类器官药物反应的基质调节Cell. IF: 64.5/Q1. 2023 Dec 7;186(25):5606-5619.e24. doi: 10.1016/j.cell.2023.11.005.在个性化治疗中，患者来源的类器官（PDO）具备模拟反应的能力，但当前的筛选技术仍有局限，无法深入揭示药物反应机制和肿瘤微环境细胞对治疗性能的影响。为突破这一困境，研究人员开发了一种高度复用的质谱平台。该平台能够以单细胞分辨率精确测量结直肠癌（CRC）PDO和癌症相关成纤维细胞（CAFs）中超过2500个样本的翻译后修饰（PTM）信号、DNA损伤、细胞周期活性以及凋亡对疗法反应。同时，研究团队还研发出一种名为 "Trellis" 的方法，能够对数千个单细胞数据进行综合比较，从而分析患者和微环境特异性药物反应。利用这一方法，研究人员发现，在化疗难治性 PDO 中，靶向细胞周期阻滞和 DNA 损伤的药物效应仍较为常见。然而，药物诱导的细胞凋亡现象较为稀少，且在不同患者之间存在差异，并与癌细胞 PTM 信号转导情况相吻合。此外，研究还发现 CAFs 能够调节 PDO 的可塑性，将增殖性结肠干细胞（proCSCs）转变为慢周期复苏性结肠干细胞（revCSCs），从而降低癌细胞对化疗的敏感性。这些发现为进一步优化个性化治疗方案提供了重要依据。结肠干细胞极化的致癌表象Cell. IF: 64.5/Q1. 2023 Dec 7;186(25):5554-5568.e18. doi: 10.1016/j.cell.2023.11.004.为了深入研究细胞内在和外在信号对细胞命运的共同调控，研究团队系统地分析了受到结直肠癌（CRC）致癌基因突变、微环境中的成纤维细胞和巨噬细胞、基质配体以及信号抑制剂影响的1107个结肠类器官培养物。通过多重单细胞分析，研究揭示了由癌基因和基质配体的组合所决定的细胞分化表型的变化。研究发现，从成纤维细胞诱导的Clusterin (CLU)+ revival结肠干细胞（revCSC）到癌基因驱动的LRIG1+过度增殖CSC（proCSC）的转变是一个逐步的过程。这一转变受到WNT3A和TGF-β驱动的YAP信号减少以及KRASG12D或基质EGF/Epiregulin激活的MAPK/PI3K通量增加的调控。此外，研究发现APC丢失和KRASG12D共同限制了revCSC的进入，并破坏了proCSC命运中的基质-上皮通讯，从而影响上皮细胞的命运。这些研究结果表明，致癌突变通过影响细胞外在调节因素，如基质-上皮通讯，来主导细胞命运的稳态分化过程。这一发现对于深入理解癌症发生和发展的机制，以及开发更有效的癌症治疗方法具有重要意义。体外重建动态乳腺小腺以实现正常生理和肿瘤发生Nat Methods. IF: 48.0/Q1.2023 Dec;20(12):2021-2033. doi: 10.1038/s41592-023-02039-y.类器官培养在正常组织重建和疾病建模中得到了广泛应用，然而，构建出能在稳态条件下模仿体内结构、大小和功能的类器官仍具有挑战性。本研究团队成功开发出一种长期成体干细胞衍生的乳腺迷你培养系统，该系统具有强大的三维生长能力，能再现正常乳腺的形态、规模、细胞背景和转录异质性。这种系统的自组织能力和产物的稳定性是由细胞外基质、环境信号和动态生理周期的协同作用决定的。这些迷你腺体能够反应激素，概括整个产后乳房发育过程，包括青春期、发情周期、哺乳期和恢复期。研究团队还观察到，这些微型腺体维持了乳腺干细胞的存在，并且还可以在谱系追踪测定中重现从胚胎双能性到出生后单能性的命运转变。此外，在诱导小腺体中癌基因表达后，研究团队在小鼠模型中观察到体外和体内肿瘤的发生。本研究提供了一个实验系统，可支持动态微型乳腺，用于研究生理相关的复杂生物过程。用于细胞和类器官培养的具有 DNA 编码粘弹性的动态基质Nat Nanotechnol. IF: 38.3/Q1.2023 Dec;18(12):1463-1473. doi: 10.1038/s41565-023-01483-3.在三维细胞和类器官培养中，粘弹性基质的机械支撑作用至关重要。然而，目前常用的基质材料在控制关键细胞指导特性方面尚显不足。针对这一问题，研究团队研发出一种基于DNA文库的全合成水凝胶，名为DyNAtrix。该水凝胶与超高分子量聚合物自组装，实现了动态DNA交联。通过调整DNA序列信息，DyNAtrix的粘弹性、热力学和动力学参数得以实现计算可预测和系统控制。此外，其热激活特性允许哺乳动物细胞均匀包埋。更值得一提的是，应力松弛时间可调节至四个数量级，从而模拟活体组织的机械特性。DyNAtrix具有自愈性、可打印性、高稳定性、良好的细胞和血液相容性，以及可控降解性等优势。在人间充质基质细胞、多能干细胞、犬肾囊肿和人滋养层类器官培养物中，基于DyNAtrix的培养展现出高活力、增殖和形态发生。因此，DyNAtrix作为一种可编程且多功能的精密矩阵，为生物力学、生物物理学和组织工程等领域提供了先进的技术手段。人类视网膜类器官发育的多模式时空表型分析Nat Biotechnol. IF: 46.9/Q1.2023 Dec;41(12):1765-1775. doi: 10.1038/s41587-023-01747-2.人类多能干细胞产生的类器官为研究发育和疾病提供了实验体系，然而，其在不同空间尺度和分子模式上的定量测量存在不足。为了弥补这一缺陷，本研究对视网膜类器官和原代成人视网膜组织进行了多重蛋白质图谱的构建。研究团队开发了一种工具包，可对祖细胞和神经元的位置、细胞外和亚细胞成分的空间排列进行可视化，并揭示每个类器官和原代组织的整体模式。此外，研究团队还获取了单细胞转录组和染色质可及性的时间过程数据集，并推断了类器官发育背后的基因调控网络。为了更深入地探索类器官模式和视网膜神经节细胞（RGC）的空间邻域，研究团队将基因组数据与空间分段的细胞核整合到多模态图谱中。研究结果突出了与RGC细胞死亡相关的途径，并表明视网膜类器官中的镶嵌遗传扰动为细胞命运的调控提供了新的见解。来自多个身体部位的患者源性神经内分泌肿瘤类器官的药物生长依赖性和肿瘤进化分析Cancer Cell. IF: 50.3/Q1. 2023 Dec 11;41(12):2083-2099.e9. doi: 10.1016/j.ccell.2023.11.007.神经内分泌肿瘤（NEN）涵盖了高分化神经内分泌肿瘤（NET）和低分化神经内分泌肿瘤（NEC）。不幸的是，NEN患者的治疗方案选择有限，部分原因在于缺乏精准的模型以供参考。为了解决这一难题，研究团队从肺部NET构建了患者源性肿瘤类器官（PDTO），并进一步从一种尚未被深入研究的大细胞神经内分泌癌（LCNEC）亚型中衍生出PDTO，这种亚型的肿瘤可源自身体多个部位。值得关注的是，PDTO能够维持其亲本肿瘤的基因表达模式、肿瘤内异质性和进化过程。通过药物敏感性分析，研究团队提出了一个假设，即ASCL1可能是LCNEC对BCL-2抑制剂治疗反应的潜在生物标志物。此外，研究团队还发现肺NET PDTO对EGF的依赖性。这些发现与独立队列研究中的结果相吻合，大约50%的肺部NET表达EGFR。综上所述，该研究为肺NET子集的可操作漏洞提供了有力证据，并突显了这些PDTO模型的实用性。使用空间排列的腹侧中脑-纹状体-皮质组合体对人类多巴胺能系统进行体外建模Nat Methods. IF: 48.0/Q1.2023 Dec;20(12):2034-2047. doi: 10.1038/s41592-023-02080-x.在运动控制和奖励相关认知过程中，腹侧中脑的多巴胺能神经元起到了关键作用，它们将信息传递至纹状体和皮质。在帕金森病中，黑质纹状体中的多巴胺能神经元发生退化，导致患者运动功能出现障碍。而中皮质边缘中的多巴胺能神经元功能障碍则与成瘾和神经精神疾病紧密相关。然而，由于缺乏适当的模型和人体材料获取的困难，对人类多巴胺能系统的发育和选择性神经变性的研究受到限制。为了解决这一问题，研究团队开发了一种人体体外模型，即空间排列的腹侧中脑-纹状体-皮质类器官（MISCO）。这种模型概括了多巴胺能神经元的关键方面，有助于研究它们的成熟、神经支配和功能。这不仅对细胞治疗具有重要意义，也为成瘾研究开辟了新的道路。研究团队详细介绍了如何生长腹侧中脑、纹状体和皮质类器官，以及如何将这些组织在定制嵌入模具中线性融合。他们报告了MISCO中与纹状体和皮质组织形成功能性远程多巴胺能连接的情况，并证实了注射的腹侧中脑模式祖细胞可以成熟并支配该组织。利用这些组合体，研究团队对多巴胺能回路进行了扰动研究，发现长期可卡因治疗会导致持久的形态、功能和转录变化，这些变化在停药后仍持续存在。这一发现为研究人类多巴胺能细胞的移植、电路重建以及药物对人类多巴胺能系统的影响提供了新的思路和方法。点击图片查看OTC2023类器官前沿应用与3D培养论坛会后报告，OTC2024论坛征集投稿做报告，详询：王晨 180 1628 8769

本文为转化医学网原创，转载请注明出处 作者：Sophia 导读： 尽管组成型激活的 Wnt/β-catenin 信号通路在胃癌 （GC） 进展中起着至关重要的作用，但很少有 Wnt 抑制剂被批准用于临床。此外，长链非编码RNA（lncRNA）在GC腹膜内播散（IPD）中的临床意义仍然难以捉摸。 11月27日，复旦大学附属肿瘤医院胃外科刘晓文、王亚农共同通讯在《Cancer Communications》发表题为“lncRNA-CCAT5-mediated crosstalk between Wnt/β-Catenin and STAT3 signaling suggests novel therapeutic approaches for metastatic gastric cancer with high Wnt activity”的研究论文， 我们鉴定了一种新型的Wnt反式激活lncRNA，CCAT5，揭示了通过经典 Wnt 信号转导调控 STAT3 信号转导的机制以及 CCAT5 作为关键介质的功能意义，提供了概念上的进步，即lncRNA可作为逆转GC进展的治疗靶点。 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/cac2.12507 研究背景 01 Wnt/β-catenin信号转导的遗传和表观遗传失调对肿瘤进化有很大贡献。众所周知，Wnt信号通路在癌症转移中是lncRNA的下游效应子。LncRNA通过与其他细胞大分子相互作用来激活或抑制Wnt/β-catenin信号通路，从而驱动恶性转化。然而， 关于Wnt诱导的lncRNA是否存在及其在肿瘤发展中的潜在作用（如果这些lncRNA存在）的研究很少。 在这项研究中，我们将 CCAT5 确定为 Wnt 信号级联的直接转录靶标，并证实 CCAT5 转录受 TCF3 调节，但不受其他 TCF 转录因子的调节。此外，我们还证实了β-连环蛋白和TCF3在CCAT5启动子上的共同占有。 因此，本研究为β-catenin/TCF3介导的CCAT5转录提供了结构见解。 LncRNA作为诊断、预后和调节化疗耐药的生物标志物受到广泛关注。到目前为止，已有报道称一系列lncRNA在GC的起始和进展中发挥作用。我们之前报道了一种新的onclncRNA-626，它通过与SRSF1相互作用使p53通路失活，从而促进GC的恶性肿瘤。研究还显示，CCAT5在各种类型的癌症中异常过表达，并发挥致癌功能。与文献一致， 本研究确定 CCAT5 是 GC 生长和转移的关键促进因子，以及独立的预后预测因子。 研究进展 02 本研究提供了进一步的证据来支持 Wnt3a 和 β-catenin 在肠型和弥漫型 GC 细胞中均作为 STAT3 磷酸化和转录活性的启动子。值得注意的是，使用基于 CRISPR/Cas9 的策略去除 CCAT5 明显抑制了 Wnt3a/β-catenin 诱导的 STAT3 激活，从而揭示了通过经典 Wnt 信号转导调控 STAT3 以及 CCAT5 作为关键介质的功能意义。最重要的是， 全长 CCAT5 的异位表达，而不是 CCAT5△612-781 的异位表达，恢复了 Wnt 诱导的 STAT3 活性降低和 CCAT5 耗竭导致的恶性表型，进一步揭示了 CCAT5 和 STAT3 之间的相互作用是 Wnt 驱动的 STAT3 信号传导和肿瘤进化所必需的（图 8）。 虽然这些发现强调了 CCAT5 驱动 JAK-STAT3 通路激活的能力，但认识到 CCAT5 与其他各种信号通路（尤其是 MYC 和 PI3K-AKT 通路）的错综复杂的交织仍然至关重要。对于即将到来的研究，更深入地了解CCAT5对这些信号级联的影响变得至关重要。此外，阐明CCAT5在肿瘤微环境中的作用势在必行。这种全面的追求将丰富我们对CCAT5在癌症进展的复杂领域中所扮演的多方面作用的理解。 GC 转移中 Wnt/β-catenin-CCAT5-STAT3 信号转导轴的图示。 本研究表明， 基于RNAi的细胞异种移植模型和人PDX模型表明，针对CCAT5的siRNA可以选择性地减少Wnthigh GC的肿瘤生长和转移，但不能减少Wnt活性低的GC，与肠型或弥漫型GC无关。 此外，体内 si-CCAT5 与奥沙利铂化疗相结合，使 Wnthigh 转移性胃癌患者实现了显著的肿瘤消退。虽然在siRNA治疗期间在小鼠模型中没有观察到明显的不良反应，但需要进一步的临床试验来探索siRNA对CCAT5在人胃肿瘤上的可行性。 研究结论 03 本研究鉴定并系统地表征了一种新型 Wnt 反式激活的 lncRNA-CCAT5 的转录机制，提供了 CCAT5 高表达与侵袭性恶性肿瘤和不良预后的令人信服的关联。 从机制上讲，CCAT5 通过直接与 STAT3 结合并阻断 SHP-1 介导的STAT3Y705去磷酸化来激活 STAT3 信号通路以促进 GC 进展。本研究证明了 CCAT5 在 Wnt 驱动的 STAT3 激活和 GC 转移中的关键作用，并强调了通过高纯度 siRNA（单独或与奥沙利铂联合使用）靶向 CCAT5 治疗 Wnthigh 转移性 GC 的治疗潜力。 参考资料： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/cac2.12507 注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。 热门·直播/活动 🕓 北京｜12月19日-20日 ▶第四届单细胞测序技术应用研讨会暨单细胞&空间组学研讨会（日程稍后公布） 点击对应文字 查看详情