克隆动物研究进展

本文介绍了世界上和中国采用细胞核移植技术克隆动物的研究历史。综述了细胞核移植的程序、方法和影响因素,包括受体卵母细胞的去核、供体细胞核的制备、核移植、激活、受体细胞与供体细胞的融合、重组胚的体内和体外培养以及胚胎移植产生克隆动物。对克隆动物研究和应用前景进行了讨论。近期的研究结果表明,多代克隆可产生大量遗传性相同的动物,不久的将来克隆技术在商业上的应用将成为现实。     

体细胞核移植诱导的表观遗传学变化

体细胞核移植技术是指将一个分化的体细胞核置入去核的卵母细胞中,并发育产生与供体细胞遗传背景一致的克隆后代的技术。目前,世界上通过体细胞核移植技术已经产生了许多的克隆动物。但克隆过程中还存在着很多问题,比如,克隆效率太低、克隆个体常伴有表型异常和早亡等,从而使该技术应有的应用潜力不能得到充分的发挥。体细胞表观遗传学重编程的不完全或紊乱是造成核移植诸多问题的主要原因。近十多年来,人们对体细胞核移植后的重编程进行了广泛的研究,其核心内容包括核及核外结构的重塑、DNA甲基化模式的重建、基因印迹和x染色体失活、组蛋白乙酰化模式的重建、端粒长度恢复等,以期能够对其重编程加以人为干预,从而提高动物克隆效率。本文拟对体细胞核移植诱导的重编程研究进展加以综述,希望对体细胞重编程机制的阐明有所启发。     

核移植后的细胞核再程序化机制研究进展

目前动物克隆技术体系极待完善,其极低的成功率及克隆动物普遍存在的早衰、早天现象是阻碍研究深入进行的首要问题,其突破的关键在于对核移植后的细胞核再程序化机制的阐明。从移植核在结构上的重塑、移植核与受体卵细胞质所处的细胞周期及其相互作用、重构胚与两性胚在分子水平的变化等多方面研究表明：受体细胞质的环境对于细胞核的再程序化至关重要,处于有丝分裂各时期的细胞作为核供体一旦移植到卵母细胞后,移植核在卵质环境里将出现结构上的重塑和分子的再程序化;移植核与受体卵问细胞周期的相容性、重构胚的染色体倍性的正确与否,可能是决定重构胚发育率高低的重要因素;合子型基因激活是基因表达再程序化的关键事件之一;印记基因对于体细胞克隆动物移植核的再程序化过程可能起着非常独特的作用。     

曲古抑菌素A对克隆猪端粒长度的影响

端粒是染色体末端结构, 在细胞分裂时随着DNA复制而缩短, 体细胞核移植能不同程度地延长端粒长度, 但有些克隆动物端粒的长度在体细胞核移植过程中不能有效恢复, 因而这些克隆动物就会表现出早衰现象。文章发现克隆东北民猪以及eGFP、Mx和PGC1α转基因克隆猪的端粒长度与核供体成体成纤维细胞相比显著缩短(P<0.05), 表明体细胞核移植的重编程过程没能延长细胞的“寿命”。曲古抑菌素A(Trichostatin A, TSA)是一种去乙酰化酶抑制剂, 有研究表明其能提高某些物种的体细胞核重编程效率。为了使端粒长度有效恢复, 文章利用40 nmol/L TSA处理1细胞期猪克隆胚胎24 h, 结果发现, 与对照组相比, TSA处理能显著地提高克隆胚胎体外发育的囊胚率(16.35% vs. 2 7.09%, 21.60% vs. 34.90%, P<0.05), 而且囊胚期端粒长度也得到显著延长(P<0.05)。克隆胚胎移植受体后得到了TSA处理组与非处理组的克隆猪, 虽然TSA处理并没有提高克隆效率(1.3% vs. 1.7%, TSA vs. control), 但端粒长度与对照组和供体细胞相比均显著延长(P<0.05)。猪体细胞核移植不能有效恢复端粒长度, 但是TSA处理能有效延长克隆猪端粒长度。     

不同激活方法对牛体细胞核移植胚胎体外发育的影响(简报)

哺乳动物体细胞核移植在家畜品种改良、濒危珍稀动物保护以及生物学、医学等基础科学研究和应用中越来越显示出其重要的作用。自Wilmut等首次用成年动物体细胞作供体,获得第一只成年体细胞克隆绵羊“Dolly”以来,世界各国科学家进行了大量深入的研究,已在小鼠、牛、猪、山羊等家畜上获得了成功。而且,体细胞核移植技     

动物克隆核再程序化有关机理的研究进展

近年来,动物克隆技术发展迅速,不断有新的克隆动物面世。面对克隆效率、克隆动物存活率低的客观事实,人们对克隆有关机制做了很多探讨。在移植核的再程序化过程中,某些胞浆因子如核质原等在解除已分化细胞核染色质的抑制中发挥了关键的作用,同时移植核发生印记基因及非印记基因的去甲基化和重新甲基化的现象,这种染色质抑制作用的解除及基因的甲基化现象与移植核的去分化有着密切的联系,但其具体机制还不清楚。核移植技术中,供核与受体胞质的协调和核再程序化的关系得到大量研究,目前普遍认为为了使核再程序化进行得更完全,MⅡ期卵母细胞质是适宜的受体,而处于G0期或G1期的体细胞核是合适的核供体。     

哺乳动物体细胞核移植中供体细胞的研究进展

在哺乳动物体细胞核移植中,供体细胞是影响其效率的主要因素之一。供体细胞的类型、细胞周期、细胞的培养代数、冷藏与冷冻处理,以及供体动物的性别、年龄等都可能影响核移植胚胎的发育。根据现有资料,简要综述了在哺乳动物体细胞核移植中有关供体细胞的研究进展。     

动物体细胞核移植技术的研究现状

动物体细胞核移植的成功表明动物体细胞的分化是可逆的,这是近年来人类在细胞生物学及发育生物学领域取得的最伟大的成就之一。１９９７年首例体细胞核移植绵羊在世界上诞生,之后不久出现了体细胞核移植小鼠及牛,并通过体细胞核移植技术制作了转基因动物。成就是不言而喻的,但其中也暴露出一些需克服和解决的问题。本文围绕世界上首例体细胞克隆羊诞生的背景、体细胞核移植技术目前的研究状况、体细胞核移植过程中的核质互作、体细胞核移植技术目前存在的问题、体细胞核移植技术在制作转基因动物上的应用等方面,扼要介绍了体细胞核移植技术在最近两年内取得的进展。     

供体细胞与哺乳动物体细胞核移植

哺乳动物体细胞核移植(克隆)技术在转基因动物生产、珍稀动物资源复原与保护、生物学基础研究等方面业已显示出重要的应用价值,而目前该技术还与诱导多能干细胞技术一同被认为是创制患者特异性多能干细胞,为再生医学临床"细胞治疗"提供素材的最佳手段。但是,体细胞克隆的效率仍不理想,关键机制还不清楚,严重制约了该技术的推广。因此,如何提高克隆效率已成为人们普遍关心的首要问题。在体细胞克隆技术所涉及的各环节中,供体细胞是影响克隆效率的最关键因素之一。该文从供体细胞的生物学因素和技术因素两方面进行了回顾,旨在为进一步探寻建立物种或供体细胞个性化准备方案,为提高动物克隆效率提供参考。     

表观遗传调控在哺乳动物体细胞核移植上的应用研究进展

体细胞核移植也称为克隆,是指将体细胞经显微操作植入到去核的卵母细胞质中,不通过精子和卵子结合,在体外生产出与供体细胞具有相同遗传物质的胚胎以及动物个体。近年来克隆技术不断发展,但其效率依然有待提高,导致克隆效率低下的重要原因之一便是供体细胞核物质表观遗传重编程不完全。DNA甲基化和组蛋白乙酰化是人们研究最多的两种表观遗传修饰,此外,基因印记、X染色体失活和端粒长度异常修饰状态也受到研究者的关注。因此如何调节和修复植入前克隆胚胎异常的表观遗传学状态对于提高克隆效率有着重要的意义。本综述植入前克隆胚胎存在的异常表观遗传现象,为建立更为高效的体细胞核移植体系提供一定的理论依据。     

克隆动物发育过程中基因组的重编程

自克隆羊“多莉”诞生后利用体细胞核移植技术进行克隆动物的研究已取得很大进展,体细胞克隆的牛、猪、山羊、猫、兔等已陆续出生,但克隆动物的成活率一直都比较低,并且产出的动物大部分存在某种程度的缺陷.最新研究表明,克隆动物胚胎基因组的重编程出现偏差和失误,尤其是去甲基化不足可能是核克隆动物出现异常的关键所在.探讨早期克隆胚胎重编程,特别是对DNA的甲基化,以及供体核在受体卵胞质中进行核重组,为研究克隆胚胎发育和解决克隆动物中的两大难题——即基因组的重编程和核质相互作用提供一些线索.     

供核细胞对体细胞核移植效率的影响

利用体细胞核移植技术克隆动物、生产转基因家畜具有极大的应用潜力。然而,核移植效率低下、克隆后代形态异常等问题仍然制约着体细胞核移植技术的产业化进展。影响体细胞核移植效率的因素很多,该文着重从供核细胞的类型、细胞体外培养、细胞凋亡及转基因操作等方面阐述其对体细胞核移植效率的影响。     

各国家畜胚胎细胞核移植研究进展

细胞核移植技术就是将成熟的卵母细胞或受精卵中的细胞核除去后移植其它细胞核,使卵母细胞不经过精子穿透等有性过程就可被激活、正常分裂并发育成新的个体。因此,核移植技术可以使细胞核供体的基因通过无性繁殖手段得到完全的复制,从而产生出克隆(无性繁殖)动物。鱼类的细胞核移植的成功报道已有很多且很早。然而哺乳动物,尤其是家畜的胚胎细胞核移植是近几年才发展起来的。     

克隆猪技术及其在转基因猪研究中的应用

哺乳动物核移植技术是一种可以获得基因组遗传信息完全相同的后代的生物技术。猪体细胞核移植技术包括以下几个环节：卵母细胞的体外成熟、供体细胞的分离和处理、体细胞的核转移、重构胚胎的人工激活、胚胎体外培养和胚胎移植。由于该技术在最近几年的迅速发展,很多实验室已通过该技术成功获得了克隆猪后代。核移植克隆猪技术的出现为生产转基因猪提供了一种有效的方法,并且是目前生产基因打靶猪的惟一方法。至今利用克隆猪技术已经成功获得了一系列的转基因猪和基因敲除猪。以核移植技术产生基因修饰猪目前正处于从基础研究走向应用的过渡阶段。尽管猪体细胞核移植克隆的效率（出生克隆猪数占所用卵数的比例）还不高,但是由于通过该技术能够对猪基因组进行特定的修饰,确保生产的克隆动物100％为转基因动物,从而大大提高了转基因猪的制作效率,可以预料猪核移植技术将会对医药业和农业产生重大的影响。     

有性克隆动物

克隆动物是多种新型生物技术结合的产物。它不同于向受精卵内转移目的基因或部分DNA的基因工程．它是把细胞核转移至卵胞质体内,培育新型生物品种的细胞工程技术。现在人们可用早早期胚胎细胞的核（Zn）作为供体,移植至卵胞质体内形成克隆动物。近10年来,我国已先后制备成了克隆猪、牛、羊等多种克隆动物,最近美国制备成了克隆猴。不少学者据此认为受精卵分裂至32个细胞或64个细胞的早早期胚胎细胞为全能性细胞。这种实验方法和有性生殖存在明显差别,它不是精子与卵结合形成的产物,但从细胞分化的角度来看,早早期胚胎细胞同受精卵…     

动物克隆中的端粒和端粒酶

端粒是染色体上的一种重要结构,对维持染色体的稳定性起重要作用。核移植后,端粒长度和端粒酶活性的变化是重要的核重编程事件。不同种类的动物和供体细胞核移植后,在端粒长度的变化上存在一些差异,反映了重编程程度的不同。核移植后,在克隆囊胚中存在高水平的端粒酶活性,克隆动物的端粒长度延长,可能是由于克隆过程中端粒酶基因的重编程的缘故。     

表型错配与骨髓移植

临床上治疗白血病进行骨髓或干细胞移植时 ,需要用放射线或细胞毒药物杀伤病人 (受体 )的骨髓或造血干细胞 ,否则会产生排斥反应。为避免移植的 (供体 )骨髓或造血干细胞对受体产生排斥反应 ,要寻找人白细胞抗原 (ＨＬＡ)相同的供体 ,以避免供体的免疫细胞攻击受体的组织细胞。但是 ,Ｋｕｇｇｅｒｉ等人的研究成果显示 ,供体的某些ＨＬＡ与受体不同是有益的 ,它会减少白血病的复发。因为 ,在移植反应中 ,ＮＫ细胞也发挥很大的作用。如果 ,ＨＬＡ不同 ,供体的ＮＫ细胞会攻击受体的骨髓或造血干细胞衍生的抗原递呈细胞 ,使受体的抗原不能递呈…     

不同纲动物间的细胞核移植——将小鼠细胞核移到泥鳅细胞质中

我们以前的细胞核移植工作^[1,2]表明：移核卵早期胚胎发育模式(主要指卵裂速度及卵裂模式)与受体卵相同,而与供体核种类无关;供体与受体之间亲缘关系的远近及染色体数目的差异程度,对移核卵囊胚以后的发育有重要影响,但对不同组合间细胞核移植所得囊胚比例影响较小。由此我们可以假定,移核卵最初发育的启动及囊胚以前的发育主要与受体卵有关,而和供体与受体之间亲缘关系的远近关系不大。为了进一步验证这一理论并寻找除染色体数目⑵以外其它影响移核卵囊胚以后发育的因素,在本实验中,我们选择了小鼠(图版Ⅰ—A)和泥鳅(Ⅰ—B)即不同纲间动物作为细胞核移植的材料。     

牛体细胞核移植显微操作环节的优化

本研究从牛卵母细胞去核方法(纺锤体观测仪法&Hoechst33342染色法)、供体细胞核引入去核卵细胞质的方法(卵细胞质注射法和电融合法)和重构胚胎电融合(3组参数)等3个环节对牛体细胞核移植的显微操作过程及相关参数进行了筛选优化。以核移植胚胎的卵裂率、囊胚发育率作为检测指标,对不同的方法所获得的克隆胚胎的卵分裂率与囊胚发育率进行比较,最后筛选获得1个优化的牛体细胞核移植操作程序,即采用Spindle view系统对牛卵母细胞进行去核操作,将供核体细胞注射到卵周隙,然后通过电融合法将供体核引入去核卵细胞质(电融合参数为1.9kV/cm,脉冲时程10μs,方波2次间隔2s)。以此核移植程序进行牛体细胞核移植实验,自获得克隆胚胎中筛选80枚优质囊胚移植到33头受体牛子宫内,最后2头母牛产下2头克隆牛犊,结果表明利用该优化的显微操作环节进行牛体细胞核移植可以获得体细胞克隆牛犊。     

体细胞核移植生产转ω-3脂肪酸去饱和酶基因sFat-1克隆猪

转ω-3脂肪酸去饱和酶基因猪在优质猪培育及研究ω-3不饱和脂肪酸预防心血管和癌症疾病中的作用方面有着重大的应用．本研究首次通过体细胞核移植制备了转线虫ω-3脂肪酸去饱和酶基因sFat-1猪．将sFat—1基因转染到大白猪胎儿成纤维细胞,获得转基因阳性细胞克隆,然后以转基因细胞为核供体、体外成熟的猪卵母细胞为核受体构建克隆胚胎,胚胎体外培养或进行移植．先后移植了1889枚1-4细胞期克隆胚胎到10头受体母猪的输卵管内,28天B超检测9头受体母猪妊娠（90％）,7头妊娠足月（70％）分娩产下21头仔猪,体细胞克隆猪的效率为1．1％（出生仔猪／移植胚胎）．体细胞克隆猪效率的提高,主要是对克隆胚胎的移植环节进行了改进,比较了受体母猪排卵状况对胚胎移植效率的影响．当受体母猪卵泡发育处于即将排卵或正在排卵阶段,能够获得较高的妊娠率和妊娠足月率（100％）,而排卵后移植妊娠足月率为0％．对健康存活15头克隆猪进行了PCR和Southern检测,证实13头为转基因猪,转基因阳性率为87％．RT—PCR检测13头转基因猪,12头表达sFat—1基因．以上结果表明,利用优化的体细胞转基因结合核移植技术,可以成功地批量生产转sFat-1基因的克隆猪．