Ландшафт раннего развития человеческих эмбрионов, культивируемых в 3D-формате, до гаструляции

Наше понимание того, как развивается человеческий эмбрион до гаструляции, включая пространственную самоорганизацию и онтогенез клеточных типов, остаётся ограниченным из-за доступных двумерных технологических платформ, которые не воспроизводят условия in vivo. Здесь мы сообщаем о трёхмерной системе культивирования бластоцист, которая позволяет человеческой бластоцисте развиваться до стадии закладки первичной полоски. Эти 3D-эмбрионы воспроизводят in vivo ключевые этапы развития и трёхмерную архитектуру, включая эмбриональный диск, амнион, базальную мембрану, первичный и уникальный для приматов вторичный желточный мешок, формирование передне-задней полярности и закладку первичной полоски. С помощью профилирования транскриптома одиночных клеток мы определили онтогенез и регуляторные сети, лежащие в основе сегрегации эпибласта, первичной энтодермы и трофобласта. По сравнению с эпибластом амниотический эпителий демонстрирует уникальные и характерные фенотипы. После имплантации определённые сигнальные пути и транскрипционные факторы запускают дифференцировку цитотрофобласта, внезворсинчатого цитотрофобласта и синцитиотрофобласта. Эпибласт после имплантации переходит в состояние плюрипотентности, и транскриптом этих клеток сохраняется до образования закладки первичной полоски. Эти процессы развития определяются различными факторами плюрипотентности. В совокупности результаты нашего 3D-культурного подхода помогают определить молекулярный и морфогенетический ландшафт развития, который формируется в ходе эмбриогенеза человека.