摘要：

Cell Stem Cell | 通过胚胎互补诱导多能干细胞在猪体内产生人源化中肾

异体器官移植是代替原始器官发挥功能的有效方法，但是受到移植器官短缺和缺乏具有组织相容性供体等方面的限制。一种有希望的解决方法是通过胚胎与多能干细胞(PSCs)的互补，产生具有人类组织的大型哺乳动物异种嵌合体。利用该方法，目前在小鼠和大鼠之间已经成功实现了胰腺、胸腺和肾脏等器官的异种器官形成。根据已有研究发现，猪与人类在生理、器官大小以及胚胎发育方面具有较高的相似之处，使得猪成为培育人体器官的重点研究对象之一。但是由于人PSC来源的细胞与猪组织的种间嵌合率低，目前还没有在猪身上产生人类的实体器官。近期，中国科学院广州生物医药与健康研究院赖良学团队在这方面获得了突破性的进展，在Cell Stem Cell上发表了题为“Generation of a humanized mesonephros in pigs from induced   pluri­potent stem cells via embryo complementation”的研究论文(2023年9月7日在线发表，doi: 10.1016/j.stem.2023.08.003)。在该研究中，作者通过对多能干细胞培养条件进行优化，并与诱导过表达两种促生存因子(MYCN和BCL2)相结合，获得了具有优越嵌合潜力的人PSCs，显著提高了该细胞在异种嵌合胚胎中的生存能力。而为了在胚胎互补后实现更高程度的嵌合，作者对猪胚胎进行工程改造，使其缺失SIX1和SALL1，获得了一种肾脏缺陷的猪胚胎，从而抑制了猪胚胎肾组织细胞与人供体细胞的竞争。结果发现，在猪胚胎中成功形成了有组织的人-猪嵌合中肾结构，直至胚胎第28天。该研究证明了利用器官发生障碍的大型哺乳动物(如猪)获得功能性人类肾脏(或其他器官)的可能性，为移植器官的短缺提供了一个有潜力的解决方案。■推荐人：吴帅霖，赵要风

                               Nature Biotechnology | Joint-snhmC-seq单细胞核5hmC和5mC同时测序

真核生物中DNA上的5mC甲基化及其氧化衍生物5hmC修饰是在细胞类型特异性水平调控基因表达的重要表观遗传修饰。最常用的单碱基分辨率的DNA甲基化检测技术手段重亚硫酸测序方法无法区分这两种修饰，而能够区分这两种修饰的测序技术需要非常大量的DNA起始材料。因此，领域里亟需解决的一个重要问题是如何在单细胞水平同时准确测量细胞类型特异的5mC和5hmC。2023年8月28日，美国宾夕法尼亚大学吴昊研究团队在Nature Biotechnology杂志上发表了题为“Joint single-cell profiling resolves 5mC and 5hmC and reveals their distinct gene regulatory effects”的研究论文(doi: 10.1038/s41587-023-01909-2)。该研究首先在团队此前发表的ACE-seq技术基础上建立了snhmC-seq，通过重亚硫酸盐处理代替了原先两步酶促反应，从而极大地降低了多个酶促反应与纯化步骤导致的样品损失，可以实现对单细胞的5hmC测序。同时将重亚硫酸盐处理的样品一部分用于直接测序获取5mC + 5hmC的总和信息，另一部分用于后续APOBEC3A酶处理后再进行测序获取5hmC信息，可以分别准确定量全基因组范围内的5mC和5hmC的修饰水平。该研究进一步在小鼠脑组织中应用该技术证明了其在DNA修饰准确分析、细胞类型分型、多维组学数据整合、不同模态DNA修饰功能和机制等分析中的有力应用。该技术是在高准确度高灵敏度同时分析5mC和5hmC的领先DNA修饰分析技术，使得在单细胞DNA甲基化分析中准确区分5mC和5hmC成为可能。在单细胞中对这两种DNA修饰进行分析，可以全面测定细胞类型特异的5hmC和5mC的全基因组分布模式，为揭示这些DNA表观遗传修饰在发育和人类疾病中的细胞类型特异调控提供了可行的技术手段。可以预期该技术将有力地推动对细胞类型特异的DNA修饰表观遗传信息的功能与机制研究。■推荐人：陆发隆

一直以来，人类Y染色体的全序列测序被认为是一项不可能完成的任务，因为其复杂的重复和倒置结构，使得将测序后的DNA片段正确组装变得富有挑战性。因此，完整的Y染色体测序似乎被科学家们视为“人类基因组测序最后的一片净地。”

2023年8月23日，美国国立卫生研究所Arang Rhie等在Nature杂志发表了题为“The complete sequence of a human Y chromosome”(doi:10.1038/s41586-023-06457-y)的研究论文。研究人员利用前沿的长读取测序技术和新型的计算组装方法，首次完成了Y染色体的测序及组装，揭示了来自HG002基因组的人类染色体的62,460,029个碱基对的完整序列(T2T-Y)。完成了长期以来令人期待的人类基因组完整测序的最后一步，实现了人类基因组完全测序的目标。T2T-Y序列纠正了GRCh38-Y参考序列的多个错误，并在参考序列中增加了3000多万个碱基对序列。此外，该研究揭示了基因家族TSPY、DAZ和RBMIY的完整扩增序列结构，以及41个编码蛋白质的基因。将T2T-Y与先前的CHM13基因组组装结合起来，创建了包括所有24条人类染色体的完整且全面的参考序列，并将现有的种群变异、临床变异、功能基因组数据等映射在这一参考序列中。

无独有偶，美国杰克逊基因组医学实验室Pille Hallast等在同一时间于Nature杂志发表了题为“Assembly of 43 human Y chromosomes reveals extensive complexity and variation”(doi: 10.1038/s41586-023-06425-6)的研究论文，该研究组装了来自21个不同种群的43个个体的Y染色体，并报告了跨越约18万年的Y染色体在不同人群中的演化和变异。研究发现Y染色体在某些基因的拷贝数变异极大，还发现Y染色体着丝粒重复区域的大小和组成存在差异。

综上所述，这两篇文章共同揭示了Y染色体的组装和整体结构，将有助于人们全面了解人类的遗传变异，为确定性状与特定Y染色体变异的新关联和深入了解人类基因组复杂区域的演化和功能提供了一个独特的机会。■推荐人：朱波峰

 

重组交换(crossover，CO)作为减数分裂核心事件，是同源染色体正常分离的必需条件，也是生物多样性的重要来源。CO是减数分裂程序性DNA双链断裂(DNA double strand break，DSB)经同源重组修复产生的。在这一过程中，DSB处的DNA会形成多种不同的重组中间体，对这些中间体的研究无疑会促进对CO产生及其调控的了解。然而，由于重组中间体不稳定且难以捕获，一直无法在小鼠中对其直接检测。2023年8月17日，美国德克萨斯大学安德森癌症中心Francesca Cole团队在Molecular Cell上发表了题为“Genetic dissection of crossover mutants defines discrete intermediates in mouse meiosis”的论文(doi: 10.1016/j.molcel.2023.07.022)。他们利用四分子分析技术，首次成功区分了由单链入侵(single strand invasion，SEI)形成的重组中间体解离和由双霍利迪连接体(double Holiday junction，dHJ)解离而产生的非交换产物，以及dHJ经重组酶MLH1-MLH3切割产生的CO。并以多种不同的重组蛋白突变小鼠为模型，发现MLH3除具有切割dHJ的功能外，也参与dHJ形成，提示MLH3也可以作为dHJ的标记物。这些发现有助于研究揭示减数分裂重组调控机制。■推荐人：史庆华

 

人体的运动能力存在昼夜节律，受生物钟调节。了解骨骼肌的生物钟作用机制并进行干预以提高运动能力，具有广阔的社会与经济价值。限时进食是近年来新兴的防治心血管代谢等疾病的间歇性禁食手段之一，不同限时进食方案的效果差异与不同组织器官中生物钟作用机制的异同相关。然而限时进食对骨骼肌昼夜节律的调控机制及其对运动机能的影响尚不清楚。2023年6月26日，陆军军医大学李旻典教授、张志辉副主任医师和中国医学科学院北京协和医院黄超兰教授合作在Nature Metabolism发表了题为“Daytime-restricted feeding enhances running endurance without prior exercise in mice”论文(https://doi.org/10.1038/s42255-023-00826-7)，该研究提出一种大幅提高运动耐力的限时进食方案——静息期进食(daytime-restricted feeding，DRF)，并阐明其分子机制是静息期进食驱动骨骼肌生物钟——Perilipin-5轴的昼夜节律从而提高小鼠运动耐力。研究发现静息期限时进食小鼠的跑步时长及距离是正常进食小鼠的两倍；继而利用生物钟基因全身敲除与骨骼肌敲除小鼠模型，揭示静息期限时进食通过骨骼肌生物钟调节运动耐力。通过绘制骨骼肌与血浆的昼夜多组学指纹图谱及机制研究，进一步阐明静息期限时进食通过骨骼肌生物钟驱动Perilipin-5基因表达昼夜节律，表明Perilipin-5是骨骼肌组织的生物钟调节检查点，是静息期限时进食的重要生物钟分子靶点。通常认为静息期进食与正常进食规律相反，增加肥胖、糖尿病、心血管病等慢性疾病发生风险，该研究揭示该进食方案的适应性意义，对未来探明生物节律的生理调节作用和转化应用提供了新思路与新方法。■推荐人：徐璎