目的·利用人胚胎干细胞（human embryonic stem cell，hESC）体外分化模型和高通量多组学测序技术研究hESC分化成神经前体细胞（neural progenitor cell，NPC）过程中转录组和染色质可及性的变化情况。方法·首先在体外利用拟胚体形成法诱导hESC分化成NPC，并收集这2个阶段的细胞；通过反转录-实时荧光定量PCR（reverse transcription-quantitative real-time PCR，RT-qPCR）和免疫荧光染色（immunofluorescence，IF）鉴定细胞表型。应用转录组测序（transcriptome sequencing，RNA-seq）检测并分析hESC和NPC的差异表达基因（differentially expressed gene，DEG）。应用染色质可及性测序（assay for transposase-accessible chromatin with high throughput sequencing，ATAC-seq）技术获取hESC和NPC的染色质可及性变化情况，并对差异的染色质开放区域进行基序富集分析以发现具有潜在调控作用的转录因子。最后对RNA-seq和ATAC-seq多组学数据进行联合分析，并构建蛋白质互作（protein-protein interaction，PPI）网络，寻找体外神经早期分化过程中的关键基因和调控通路。结果·RT-qPCR与IF均显示多能性标志物（NANOG、POU5F1）在hESC阶段表达量高而在NPC阶段表达量明显降低；同时神经早期分化标志物（PAX6、SOX1、NES）在hESC阶段基本不表达而在NPC阶段表达量显著升高。RNA-seq分析结果显示，与hESC阶段相比，NPC阶段中有5 597个基因的表达水平呈现上调，而3 654个基因的表达水平下降，基因功能富集分析显示NPC阶段上调的基因富集至神经发育相关的功能。ATAC-seq分析结果显示，共27 491个基因组区域在hESC向NPC分化过程中染色质可及性发生了显著改变，其中有12 381个区域染色质可及性增强，15 110个区域染色质可及性减弱；基序富集分析揭示DLX1、LHX2等转录因子基因可能在hESC向NPC分化过程中发挥重要作用。RNA-seq和ATAC-seq的多组学数据联合分析结果显示，在NPC阶段高表达的重叠基因主要富集在轴突导向、前脑发育、神经元迁移等。神经分化后CTNND2、LHX2基因表达水平升高，且相关基因区域染色质可及性也增加。PPI网络分析发现，PRKACA、CDH2、ERBB4等是下游候选基因。结论·利用hESC体外分化模型结合高通量多组学测序技术可用于揭示hESC向NPC分化过程中的转录组及染色质可及性的变化规律；该过程中轴突导向、前脑发育、神经元迁移等通路的相关基因表达水平升高，染色质可及性增强。
