Gene Regulatory Network Analysis and Engineering Directs Development and Vascularization of Multilineage Human Liver Organoids

类有机物 生物 细胞生物学 诱导多能干细胞 间质细胞 干细胞 肝星状细胞 基因调控网络 形态发生 细胞命运测定 胚胎干细胞 基因表达 基因 转录因子 癌症研究 遗传学 内分泌学
作者
Jeremy J. Velazquez,Ryan LeGraw,Farzaneh Moghadam,Yuqi Tan,Jacquelyn A. Kilbourne,Joseph C. Maggiore,Joshua Hislop,Silvia Liu,Davy Cats,Susana M. Chuva de Sousa Lopes,Christopher L. Plaisier,Patrick Cahan,Samira Kiani,Mo R. Ebrahimkhani
出处
期刊:Cell systems [Elsevier BV]
卷期号:12 (1): 41-55.e11 被引量:110
标识
DOI:10.1016/j.cels.2020.11.002
摘要

Pluripotent stem cell (PSC)-derived organoids have emerged as novel multicellular models of human tissue development but display immature phenotypes, aberrant tissue fates, and a limited subset of cells. Here, we demonstrate that integrated analysis and engineering of gene regulatory networks (GRNs) in PSC-derived multilineage human liver organoids direct maturation and vascular morphogenesis in vitro . Overexpression of PROX1 and ATF5 , combined with targeted CRISPR-based transcriptional activation of endogenous CYP3A4 , reprograms tissue GRNs and improves native liver functions, such as FXR signaling, CYP3A4 enzymatic activity, and stromal cell reactivity. The engineered tissues possess superior liver identity when compared with other PSC-derived liver organoids and show the presence of hepatocyte, biliary, endothelial, and stellate-like cell populations in single-cell RNA-seq analysis. Finally, they show hepatic functions when studied in vivo . Collectively, our approach provides an experimental framework to direct organogenesis in vitro by systematically probing molecular pathways and transcriptional networks that promote tissue development.

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