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长散在核元件1（LINE1）作为转座子家族的重要成员，占人类基因组约 17 %。尽管在小鼠胚胎干细胞中，LINE1 已被证实能够抑制二细胞期全能性，对胚胎正常发育至关重要，但其在人类早期发育中的功能及机制尚不明确。人胚胎干细胞（hESCs）为解析这一科学问题提供了强有力的平台。
2024年10月，加拿大多伦多大学和 Lunenfeld-Tanenbaum 研究所的 Miguel Ramalho-Santos 实验室在 Developmental Cell 上发表了题为“LINE1 and PRC2 control nucleolar organization and repression of the 8C state in human ESCs”的研究论文。该研究揭示了 LINE1 是通过与 PRC2 协同在人类胚胎干细胞中负责调控核仁结构并抑制八细胞（8C）期全能性（totipotency），如图1。
图1：LINE1 阻止人类胚胎干细胞至 8C 阶段的机制示意图
研究团队首先主要基于大规模 RNA 测序分析及 RNAi 等研究证实，LINE1 RNA 是 hESCs 中 8C 程序的障碍物。LINE1 KD 会促使 8CLCs 产生，并在19号染色体上富集因 LINE1 KD 而上调的基因，如 8C 标志性蛋白 TPRX1。值得注意的是，考虑到19号染色体通常与核仁相关联，借助牛津仪器 BC43 智能显微成像系统和多维图像分析软件 IMARIS 对 8CLCs 与 hESCs 中 Chr19 的 3D 核定位情况进行空间分布可视化与量化分析，发现普通细胞中 Chr19 与核仁紧密相连，而在 8CLCs 中，两者间的距离显著增加（如图2）。这提示核内区室化重塑在 hESC 向 8CLC 的转化过程中的重要作用。
图2：hESCs 中 Chr19 的 3D 核定位分析
进一步，利用牛津仪器 BC43 智能显微成像系统进行 LINE1 RNA-FISH成像，发现 LINE1 RNA 主要定位于核仁和核膜区域附近（图3）。染色质免疫沉淀及测序分析等研究揭示 LINE1 RNA 可与 PRC2 共同作用，抑制 hESCs 中的 8C 基因表达程序。而在 PRC2 被抑制时，IMARIS 3D 重构分析也清晰显示 Chr19 在空间上会与核仁明显分离（图4）。研究揭示了 LINE1 RNA 和 PRC2 是维持成熟的核仁结构是必需的，而成熟的核仁结构作为染色质调控中心，可防止 hESCs 逆转为 8C 状态。
图3：hESCs 中 LINE1 RNA 的核定位模式
图4： hESCs 中 Chr19 与核仁的结合情况分析
综合而言，此研究系统地揭示了 LINE1 RNA 协同 PRC2 维持 H3K27me3 的修饰水平，并将富含 8C 关键调控因子的19号染色体紧密锚定于核仁区域，从而抑制 naive hESCs 逆转为 8CLCs。
牛津仪器“ BC43 显微成像采集 + IMARIS 数据分析”的一站式解决方案，从细胞的高灵敏 3D 图像采集，到 3D 空间分布的精准量化分析，可为精准解析胚胎发育的分子机制提供强有力的技术支撑。
模型验证表明，稀土元素（包括Eu、Gd、Pr、Nd和Y）的预测性能优异，具有极高的决定系数（R² 值介于 0.890 至 0.933 之间）。相反，La 和 Sm 的预测精度略有下降（R² 值介于 0.730 至 0.839 之间），表明其与基质的相互作用更为复杂，并强调了进行细致的基质特定校准的必要性。
Zhang et al., LINE1 and PRC2 control nucleolar organization and repression of the 8C state in human ESCs, Developmental Cell, 2025, 60, 186–203.
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