Clonal dynamics in early human embryogenesis inferred from somatic mutation

异质性 生物 体细胞 胚胎 细胞分裂 突变 胚胎发生 遗传学 种系突变 发育生物学 细胞命运测定 外胚层 细胞生物学 生殖系 基因 进化生物学 细胞 原肠化 转录因子
作者
Seongyeol Park,Nanda Maya Mali,Ryul Kim,Jeong‐Woo Choi,Junehawk Lee,Joonoh Lim,Jung Min Park,Jung Woo Park,Dong Hyun Kim,Taewoo Kim,Kijong Yi,June Hyug Choi,Seong Gyu Kwon,Joo Hee Hong,Jeonghwan Youk,Yohan An,Su Yeon Kim,Soo A Oh,Youngoh Kwon,Dongwan Hong
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:597 (7876): 393-397 被引量:109
标识
DOI:10.1038/s41586-021-03786-8
摘要

Cellular dynamics and fate decision in early human embryogenesis remain largely unknown owing to the challenges of performing studies in human embryos1. Here, we explored whole-genomes of 334 single-cell colonies and targeted deep sequences of 379 bulk tissues obtained from various anatomical locations of seven recently deceased adult human donors. Using somatic mutations as an intrinsic barcode, we reconstructed early cellular phylogenies that demonstrate (1) an endogenous mutational rate that is higher in the first cell division but decreases to approximately one per cell per cell division later in life; (2) universal unequal contribution of early cells to embryo proper, resulting from early cellular bottlenecks that stochastically set aside epiblast cells within the embryo; (3) examples of varying degrees of early clonal imbalances between tissues on the left and right sides of the body, different germ layers and specific anatomical parts and organs; (4) emergence of a few ancestral cells that will substantially contribute to adult cell pools in blood and liver; and (5) presence of mitochondrial DNA heteroplasmy in the fertilized egg. Our approach also provides insights into the age-related mutational processes and loss of sex chromosomes in normal somatic cells. In sum, this study provides a foundation for future studies to complete cellular phylogenies in human embryogenesis. Adult human tissues from diverse sites around the body are used to reconstruct cellular phylogenies from early development, using somatic mutations as an internal barcode.
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