2023年12月5日，上海科技大学生命学院林照博和王皞鹏团队在Developmental Cell 上发表了题为Murine Trophoblast Organoids as a Model for Trophoblast Development and CRISPR-Cas9 Screening的文章，首次构建了可由小鼠滋养层干细胞或胎盘衍生的小鼠滋养层类器官。培养体系包含两种培养条件：维持条件及分化条件。小鼠滋养层类器官在维持条件下包含大量干/祖细胞样细胞群，而在分化条件下可分化为多种滋养层细胞。该模型不但有利于研究滋养层分化的干/祖细胞，也可作为CRISPR/Cas9的高通量筛选平台。
课题组首先测试了人类的滋养层类器官培养条件是否适用于培养小鼠滋养层干细胞，但发现小鼠细胞在人滋养层类器官培养条件下会很快死亡。因此，作者通过逐渐添加常用类器官因子及试错的方法，最终找到培养小鼠滋养层类器官的培养条件。之后，作者通过染色以及单细胞测序等方法分析类器官的组成。发现维持条件下的小鼠滋养层类器官含有EpCAM阳性干/组细胞样群，不单为长期维持类器官生长所必需，且能在体内外分化为胎盘中的多种滋养层细胞。除了转录因子分析及细胞-细胞通讯分析，作者将类器官的单细胞RNA测序数据与体内胎盘单核RNA测序数据整合分析，明确了类器官中多种滋养层谱系与体内胎盘的滋养层细胞的高度相似性。
为了进一步对类器官功能进行验证，作者通过敲除Nubpl (Nucleotide binding protein-like) 和Gcm1 (Glial cells missing-1) 两个已知在小鼠模型中影响滋养层分化的基因【3-6】，发现Nubpl的缺失会导致类器官的增殖活性降低，同时导致II型合胞体滋养层细胞(SynT-II)及海绵滋养层细胞(Spongiotrophoblast)的减少;Gcm1的缺失则会导致类器官形态发生显著变化，以及II型合胞体滋养层细胞和血窦滋养层巨细胞(sinusoidal trophoblast giant cell)的减少。这些结果都表明小鼠滋养层类器官是模拟小鼠胎盘滋养层发育的有效体外模型。更重要的是，研究作者利用源自表达Cas9蛋白的小鼠滋养层类器官，通过靶向G蛋白偶联受体(GPCR)的sgRNA 文库，进行了高效的 CRISPR/Cas9 筛选，鉴定出了影响滋养层分化的重要基因Adgrf5 (adhesion GPCRF5/Gpr116) 。
总体而言，这项研究首次建立了小鼠滋养层类器官。维持条件下的小鼠滋养层类器官含有丰富的干细胞样群体，而分化的类器官具有类似于胎盘的多种滋养层细胞。基因敲除的滋养层类器官模拟了体内缺陷表型，表明这些类器官是研究滋养层发育有效的体外模型。重要的是，该研究以小鼠滋养层类器官为平台进行了有效的CRISPR/Cas9筛选，提供了在体外高通量筛选滋养层谱系调控因子的可行方法。
本研究由上海科技大学生命学院林照博与王皞鹏课题组共同完成。上海科技大学博士生毛倩、叶沁颖、徐翊文、博士后蒋京伟为共同第一作者。论文的实验进行得到了上海科技大学生命学院向阳飞课题组、张辉课题组，厦门大学生命学院王海滨、孔双博、鲁金花课题组、以及中国科学院分子细胞科学卓越创新中心曾艺课题组及高栋课题组的帮助。
资料来源
1.公众号BioArt
https://mp.weixin.qq.com/s/yN2hlHv4zYGD_f7b0PTkgg