Rolling back human pluripotent stem cells to an eight-cell embryo-like stage

全能的 生物 胚胎干细胞 诱导多能干细胞 细胞生物学 遗传学 母子转换 干细胞 合子 胚胎 基因 胚胎发生
作者
Md. Abdul Mazid,Carl Ward,Zhiwei Luo,Chuanyu Liu,Yunpan Li,Yiwei Lai,Liang Wu,Jinxiu Li,Wenqi Jia,Yu Jiang,Hao Liu,Lixin Fu,Yueli Yang,David P. Ibañez,Junjian Lai,Xiaoyu Wei,Juan An,Peng-Cheng Guo,Yue Yuan,Qiuting Deng,Yang Wang,Ying Liu,Fei Gao,Junwen Wang,Shahriar Zaman,Baoming Qin,Guangming Wu,Patrick H. Maxwell,Xun Xu,Longqi Liu,Wenjuan Li,Miguel A. Esteban
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:605 (7909): 315-324 被引量:120
标识
DOI:10.1038/s41586-022-04625-0
摘要

After fertilization, the quiescent zygote experiences a burst of genome activation that initiates a short-lived totipotent state. Understanding the process of totipotency in human cells would have broad applications. However, in contrast to in mice1,2, demonstration of the time of zygotic genome activation or the eight-cell (8C) stage in in vitro cultured human cells has not yet been reported, and the study of embryos is limited by ethical and practical considerations. Here we describe a transgene-free, rapid and controllable method for producing 8C-like cells (8CLCs) from human pluripotent stem cells. Single-cell analysis identified key molecular events and gene networks associated with this conversion. Loss-of-function experiments identified fundamental roles for DPPA3, a master regulator of DNA methylation in oocytes3, and TPRX1, a eutherian totipotent cell homeobox (ETCHbox) family transcription factor that is absent in mice4. DPPA3 induces DNA demethylation throughout the 8CLC conversion process, whereas TPRX1 is a key executor of 8CLC gene networks. We further demonstrate that 8CLCs can produce embryonic and extraembryonic lineages in vitro or in vivo in the form of blastoids5 and complex teratomas. Our approach provides a resource to uncover the molecular process of early human embryogenesis.
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