本论文包含两部分工作。第一部分:探究Prmt1在小鼠早期胚胎发育中的作用该部分工作是与医科院基础所张业教授课题组合作完成。蛋白质翻译后修饰是调节蛋白质功能的重要方式,参与了机体内几乎所有的生物学过程。精氨酸甲基化是蛋白质翻译后修饰的一种重要形式,其功能主要由精氨酸甲基转移酶（protein-arginine methyltransferases,PRMT）家族完成,该家族包含9个成员:PRMT1-9。其中,PRMT1是最重要的一个成员,承担了哺乳动物细胞内85%以上的蛋白质精氨酸甲基化事件。有文献报道,纯合敲除Prmt1基因会导致小鼠在胚胎6.5天（E6.5）前发生死亡,提示Prmt1在小鼠早期胚胎发育中发挥了重要作用,但其作用机制尚不清楚。张业教授课题组的前期研究发现,在小鼠胚胎干细胞（embryonic stem cells,ESCs）中敲除Prmt1后,Gata4和Gata6基因的表达水平显著升高。经单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing,scRNA-Seq）分析,发现在 Prmt1敲除的细胞中,出现了一个高表达Gata6且低表达Nanog的细胞群,与原始内胚层（primitive endoderm,PrE）细胞的基因表达谱较类似,提示Prmt1可能在胚胎发育的第二次细胞命运决定中发挥重要作用,因此,我们通过囊胚（blastocyst）显微注射和体外培养囊胚的方法进行验证。盐酸呋喃脒（Furamidine dihydrochloride,Fur）是PRMT1的抑制剂,在小鼠ESC培养基中加入10μM的Fur,培养24小时后就可以明显抑制PRMT1的活性。将Fur处理后的ESCs注射到E3.5的小鼠囊胚中,然后将囊胚移入到假孕母鼠子宫内,待发育至6.5天时,将胚胎取出并观察注射的ESCs在胚胎中的分布情况。与未处理的细胞相比,经Fur处理后的ESCs不但可以嵌合到上胚层（epiblast,Epi）,还可以嵌合到脏壁内胚层（Visceral endoderm,VE）部分,而VE正是由PrE发育而来。表明PRMT1的活性被抑制后,部分ESCs获得了更强的向PrE分化的能力。随后,我们在体外培养的E3.5囊胚中进行验证,当KSOM培养基加入10μMFur后,经24小时培养后的囊胚中GATA6阳性细胞（代表PrE部分）与NANOG阳性细胞（代表Epi部分）的比例显著上升,证实PRMT1的存在会抑制内细胞团（Innercell mass,ICM）向 PrE 分化。综上所述,我们经体内和体外实验证明在早期胚胎发育的第二次细胞命运决定过程中,PRMT1具有维持ICM向Epi分化的能力;其活性被抑制后会导致更多的细胞向PrE分化,为解释Prmt1纯合敲除小鼠为何会发生胚胎致死提供新的线索。第二部分:利用两类囊胚来源的干细胞在体外构建小鼠“类囊胚”在哺乳动物早期胚胎发育研究中,常常面临早期胚胎较难获得、胚胎数量不足等问题,极大地限制了对胚胎早期发育的深入研究。此外,由于伦理的限制,人的早期胚胎更加难以得到。为了解决胚胎学研究中存在的这些问题,近年来随着多种类型干细胞在体外成功培养建系,人们开始尝试利用多种类型干细胞在体外构建类似于胚胎的3D组织结构。2018年,荷兰科学家Niels Geijsen等人使用ESC与滋养外胚层干细胞（Trophoblast stem cell,TSC）混合培养,获得形态结构与E3.5囊胚较类似的结构,将其定义为类囊胚（blastoid）。这为研究胚胎发育过程及相关机制提供了新的模型。虽然类囊胚与自然的囊胚结构和细胞组成上都比较类似,但其在体外继续培养或者移植回小鼠子宫内后,均不能进一步正常发育至原肠期,分析表明类囊胚中PrE的细胞数量明显少于自然囊胚,为解决这一问题,我们尝试使用新建立的扩展多能性干细胞（Extended pluripotent stem cell,EPSC）与TSC进行类囊胚的构建。EPSC是2017年北京大学邓宏魁教授,英国Sanger研究所刘澎涛研究员分别提出的新型多能干细胞。与ESCs类似,EPSC在体外培养均具有自我更新能力和多能性。此外,EPSC细胞还可以参与到胚外组织的发育过程,如胎盘、卵黄囊等,这是ESC一般不具备的能力。我们使用EPSC与TSC混合培养,成功构建了“类囊胚”。另外,借鉴经典“四倍体补偿实验”的策略,我们首先成功建立了四倍体TSC系（TTSC）,然后使用EPSC与TTSC细胞进行混合培养,也能够成功获得类囊胚。将这些类囊胚移植回假孕母鼠的子宫内,观察到类囊胚成功着床并诱导蜕膜结构的产生。表明我们成功构建了新型类囊胚。但它们是否具有进一步的发育潜能,还需要深入研究。