近日，国科大杭州高等研究院（以下简称杭高院）周斌课题组研究成果“Intercellular Genetic Tracing of Cardiac Endothelium in the Developing Heart”登上国际学术期刊Developmental Cell. Developmental Cell为Cell旗下子刊，聚焦于细胞生物学与发育生物学研究进展，该刊已被国际权威数据库SCIE、SCI收录，为该领域国际顶级期刊。
该研究结合合成生物学与体内遗传学技术，创建了研究心脏发育的邻近细胞谱系示踪新工具。利用该技术，研究人员重新阐明心脏早期发育过程中心内膜及冠状动脉发育谱系建立，并发现心脏内皮细胞在正常发育过程中并不具有造血功能，而是形成冠状血管内皮细胞。该工作为人们更清楚地了解心脏早期发育、心脏免疫细胞起源及临床心脏损伤修复提供研究基础，也为体内邻近细胞研究提供重要技术指导。
心脏作为人体循环系统的重要器官，对维持人类生命活动至关重要。其中，内皮细胞和免疫细胞是心脏的重要组成部分，在心脏早期发育及成体损伤修复中发挥重要作用。阐明心脏内皮细胞亚群分布以及心脏免疫细胞发育起源对了解心脏早期发育具有指导意义。
Notch信号通路属于经典的细胞之间交流通路。基于Notch通路工作原理，有研究构建了人工合成的Notch信号通路，称为Synthetic Notch（synNotch），通过在体外细胞水平表达人工合成的Notch配体与Notch受体，当配体与受体结合，就会诱导下游人工原件的激活，从而实现了细胞与细胞的邻近标记(1)。近期，周斌团队进一步地利用synNotch首次在哺乳动物体内创建了邻近细胞遗传示踪技术（gTCCC技术）(2)。此技术原理为，将Notch配体的胞外段替换为mGFP，而将Notch受体的胞外段替换为αGFP，Notch受体的胞内段替换为tTA，Notch受体的跨膜域保持不变，再结合tetO-on与Cre-loxP系统，当受体细胞与配体细胞接触时，就可以实现对受体细胞进行遗传标记。
在本项研究中，研究人员基于synNotch技术构建了多种新的synNotch配体工具小鼠与synNotch受体工具小鼠，利用gTCCC技术成功实现了对心脏内皮细胞亚群的谱系示踪，揭示了心脏内皮主要分为两群，一群属于心肌小梁层的心内膜，另一群为心肌致密层的血管内皮，这两群内皮细胞具有空间分布特点，并对这两群内皮细胞亚群的发育谱系进行了探究，也进一步发现心脏内皮细胞在正常发育过程中并不具有造血功能，而是形成冠状血管内皮细胞。该研究为更准确地认识心脏早期发育、细胞起源及临床心脏损伤修复提供研究基础，也为心脏邻近细胞研究提供重要技术支持。
图：利用synNotch构建细胞邻近标记技术
杭高院为该工作的第一完成单位。杭高院周斌课题组副研究员刘扩与中国科学院分子细胞科学卓越创新中心金恒薇博士为该论文共同第一作者。周斌研究员与刘扩副研究员为该论文共同通讯作者。该研究得到分子细胞卓越中心动物实验技术平台和细胞分析技术平台的大力支持。该工作得到中国科学院、基金委、科技部、上海市科委、杭高院等经费支持。
主要参考文献
L. Morsut et al., Engineering Customized Cell Sensing and Response Behaviors Using Synthetic Notch Receptors. Cell 164, 780-791 (2016).
2.S. Zhang et al., Monitoring of cell-cell communication and contact history in mammals. Science 378, eabo5503 (2022).
第一作者：
刘扩，杭高院副研究员。主要研究方向为器官发育与组织再生。相关研究成果以第一作者或共同第一作者发表在Developmental Cell (2023), Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A (2023), Circulation Research (2022), Journal of Cell Biology (2022), Nature Communications (2021), Cell Discovery (2020), Journal Biological Chemistry (2019, 2020),Nature Genetics (2019), Development (2018), Cell Research (2017) 等期刊，先后主持一项中国博士后站前特别资助、一项中国博士后面上项目资助和一项国自然青年科学基金项目、一项国科大杭高院自主立项项目，并入选杭州市高层次人才特殊支持计划培养类人才第一层次。
通讯作者：周斌，杭高院生命健康学院首席教授/中科院生化细胞所研究员，课题组长。长期从事谱系示踪与细胞命运可塑性研究。代表性研究工作多次在Nature、Science、Nature Medicine、Nature Genetics等国际学术期刊发表，并且在心血管领域权威学术期刊Circulation和Circulation Research上发表二十余篇心血管发育与再生方面的系统性研究成果。曾获得国际心脏研究会ISHR—“杰出研究员奖”、国家杰出青年科学基金、“英国皇家学会-牛顿高级学者基金”、中国青年科技奖。多次获得“中国科学院大学领雁奖”、“中科院优秀导师奖”、“朱李月华优秀教师”奖等。
周斌课题组团队简介：
实验室主页: http://zhoulab-tracing.com
