哺乳动物胰腺祖细胞分化调控

??? Pancreas development is a complicated process which is modulated by cell signals, epigenetics and transcription factors. Improved understanding of the program of pancreas development in embryogenesis will instruct us to sufficiently differentiate stems cell into mature β cell for the therapy of diabetes. This project will focus on the early stage of pancreatic development. The pancreas progenitors are derived from a ventral foregut endoderm domain and a dorsal foregut endoderm domain. The regulatory differences between these two origins are not clear. By using microinjection technique and a transgenic mouse strain, undifferentiated endoderm cells are sorted from ventral and dorsal pancreatic domains, and nascent pancreatic progenitors. Then transcriptome analysis is performed in these sorted cell population. The preliminary data revealed that the genome wide gene expressions between ventral and dorsal pancreatic progenitors are quite different. Dr.Xu's lab will further investigate the chromatin states and cell signaling regulations to determine their roles in pancreatic development. This project has developed a series of reliable strategies to understand the regulatory mechanism of early stage pancreatic development, and will help to enhance β cell induction in vitro.

胰腺发育是一个复杂的过程，这个过程受到细胞信号、染色质修饰和转录因子的调控。对胰腺发育调控机制的研究将有助于体外诱导多能性干细胞分化为成熟的β细胞用于糖尿病的治疗。这个项目主要关注于胰腺发育最早期调控机制。早期胰腺祖细胞有腹部前肠内胚层和背部前肠内胚层两个起源，目前人们对这两个起源的调控机制及其之间的差异性并不清楚。本课题采用显微注射和遗传标记的小鼠利用流式细胞分选技术从胚胎中分离尚未分化的背腹胰腺区内胚层细胞以及刚分化以及稍后期的背腹胰腺祖细胞，并对这些细胞进行基因组转录本分析。初步的研究表明背腹胰腺祖细胞存在很多的基因表达差异。继而，本项目将比较和细胞转录相关的染色质修饰以及相关信号通路的差异，确定他们在胰腺发育中的调控作用。本项目制定了一套可靠的研究策略，将帮助理解胰腺早期发育调控机制，并有助于指导体外β细胞的分化。

高质量胰腺前体细胞的产生是胚胎干细胞体外诱导分化β细胞的关键步骤。然而体外胰腺前体细胞的诱导分化遵循哺乳动物胚胎背侧或腹侧发育过程尚不清楚，这是由于缺乏关于这两个发育过程的深入理解。小鼠胰腺起源于胚胎第8.5天（E8.5）背侧和腹侧特定的内胚层区域，随后背侧和腹侧内胚层细胞分别从E9和E9.5时期开始形成胰芽。两侧胰芽继续发育增大并在最终在E12.5时期融合形成胰腺器官。尽管哺乳动物的背侧和腹侧胰腺表现出相同的形态学改变模式，但是背侧和腹侧胰岛之间的细胞类型分布显着不同。我们研究旨在解析小鼠背侧和腹侧胰腺早期发育路径。我们利用胰腺命运决定基因Pdx1驱动的Pdx1-GFP转基因小鼠，分析了来自小鼠E10.5胚胎背侧Pdx1表达区域（DPR）和腹侧Pdx1表达区域（VPR）的Pdx1-low（Pdx1低表达）和Pdx1-high（Pdx1高表达）细胞的单细胞转录组。发现VPR中的Pdx1-low细胞具有共同前体细胞特征，可以分化为成肝细胞，肝外胆管细胞和Pdx1-high的胰腺前体细胞。而DPR中的Pdx1-high细胞是直接分化形成的胰腺前体细胞，而Pdx1-low的细胞是早熟的内分泌细胞。我们的研究确定了背侧和腹侧胰腺前体细胞的不同的发育路径，此外，还发现PKC / ERK / MAPK信号通路可以促进胰腺前体细胞的生成。这一精确的细胞发育图谱可以用作体外诱导胰腺前体细胞的基准，并指导胰腺β细胞体外诱导分化。