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德国亥姆霍兹协会马克斯·德尔布吕克分子医学中心 (MDC) Nikolaus Rajewsky和Ivano Legnini共同合作，近期取得重要工作进展。他们研究提出了类器官基因表达的时空以及光遗传学调控。相关研究成果2023年9月21日在线发表于《自然—方法学》杂志上。

据介绍，干细胞来源的类器官已成为研究人类发育和疾病建模越来越重要的工具。然而，仍然需要控制和研究类器官中基因表达相关时空模式的方法。

研究人员结合了光遗传学和基因微扰技术，以可编程的时空模式激活或敲除靶基因的RNA。为了说明这一方法的有用性，研究人员在人类神经发育的类器官模型中局部激活了Sonic Hedgehog（SHH）信号传导。空间和单细胞转录组学分析表明，这种局部诱导足以产生定型模式的类器官，并揭示SHH对神经发育中基因调控贡献的新见解。

总之，在这一研究中，研究人员提出光遗传学扰动与空间转录组学相结合，作为一种强大的技术来重新编程和研究类器官中细胞的命运和组织模式。

附：英文原文

Title: Spatiotemporal, optogenetic control of gene expression in organoids

Author: Legnini, Ivano, Emmenegger, Lisa, Zappulo, Alessandra, Rybak-Wolf, Agnieszka, Wurmus, Ricardo, Martinez, Anna Oliveras, Jara, Cledi Cerda, Boltengagen, Anastasiya, Hessler, Tal, Mastrobuoni, Guido, Kempa, Stefan, Zinzen, Robert, Woehler, Andrew, Rajewsky, Nikolaus

Issue&Volume: 2023-09-21

Abstract: Organoids derived from stem cells have become an increasingly important tool for studying human development and modeling disease. However, methods are still needed to control and study spatiotemporal patterns of gene expression in organoids. Here we combined optogenetics and gene perturbation technologies to activate or knock-down RNA of target genes in programmable spatiotemporal patterns. To illustrate the usefulness of our approach, we locally activated Sonic Hedgehog (SHH) signaling in an organoid model for human neurodevelopment. Spatial and single-cell transcriptomic analyses showed that this local induction was sufficient to generate stereotypically patterned organoids and revealed new insights into SHH’s contribution to gene regulation in neurodevelopment. With this study, we propose optogenetic perturbations in combination with spatial transcriptomics as a powerful technology to reprogram and study cell fates and tissue patterning in organoids.

DOI: 10.1038/s41592-023-01986-w

Source: https://www.nature.com/articles/s41592-023-01986-w

Nature Methods：《自然—方法学》，创刊于2004年。隶属于施普林格·自然出版集团，最新IF：47.99
官方网址：https://www.nature.com/nmeth/
投稿链接：https://mts-nmeth.nature.com/cgi-bin/main.plex