哺乳动物体细胞核移植技术研究进展

体细胞核移植技术具有十分诱人的应用前景,在农业、物种保护、医疗等领域已显示出优越性。然而核重构等核移植基础理论方面的研究还很薄弱,致使核移植技术还不很完善,克隆动物还存在着甲基化酶异常调节、不正确的印迹基因表达、X染色体异常激活等错误的表观遗传现象,移植成功率较低,在一定程度上限制了它的发展。根据近几年的研究进展,对核移植技术的应用、方法以及存在的问题作一综述 。     

哺乳动物体细胞核移植研究进展

体细胞核移植技术已经在基础研究领域与产业化应用领域体现出了重要的价值,因而体细胞核移植技术及其相关研究已经成为了生物领域的持续性研究热点,但是围绕体细胞核移植技术仍然存在许多质疑,其中最主要的就是体细胞核移植的效率较低。尽管如此,体细胞核移植研究仍然在近年来取得了令人瞩目的成就,包括小鼠与恒河猴核移植胚胎干细胞系的建立。该文就体细胞核移植的研究历史与进展进行简要的论述,同时针对体细胞核移植研究中的细胞重编程与治疗性克隆研究中的发展与问题进行剖析,希望能够积极推动治疗性克隆的研究进展,加速核移植与干细胞技术在产业化领域中的应用。     

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。     

鼠无透明带核移植技术

体细胞核移植技术是研究动物生殖及再生医学的一个重要工具。同时,也为治疗性克隆及濒危动物的保护提供了一条有效的途径,并且可以提高生产转基因动物的效率。但是传统的体细胞核移植技术成功率低,操作复杂,而且对实验人员的要求较高。无透明带核移植技术(zona-free nuclear transfer technique)则对传统的核移植方法进行了较大的改进,提高了核移植的成功率。     

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。     

体细胞核移植的研究进展

自从克隆羊多利问世以后,体细胞核移植有了较大的发展,陆续有新的动物克隆成功,但克隆的效率仍然较低。本文综述了体细胞核移植技术研究的进展情况,介绍了基因背景、核移植步骤、胚胎相关支持技术对核移植成功率的影响以及核移植技术中的基因修饰和对核重新程序化的最新认识。     

GTL2基因在体细胞核移植牛中的印记状态分析

体细胞核移植技术（SCNT）在医学研究、畜牧业生产和拯救濒危动物方面有重要的应用价值,而核移植效率低是制约其应用的主要因素．印记基因在哺乳动物胚胎发育和出生后的正常生长中都具有十分重要的作用,GTL2基因是在人和鼠中已被鉴定的印记基因,它作为一种RNA调解分子调控目的mRNA的转录．为了研究GTL2基因在自然繁殖牛和体细胞核移植牛中的印记状态,首先应用PCR-SSCP方法对GTL2基因多态性进行检测,鉴定自然繁殖牛和体细胞核移植牛中的杂合子,进而利用RT-PCR-SSCP技术对GTL2基因在杂合子牛的心、肝、脾、肺、肾、大脑中的表达状态进行分析．研究结果表明：GTL2基因在自然繁殖牛的被检测的6个组织中均表现为单等位基因表达,在体细胞核移植牛的心和肝中表现为单等位基因表达,而在大脑、脾、肺、肾中为双等位基因表达,GTL2基因在体细胞核移植牛的部分组织中表达紊乱有可能是造成体细胞核移植牛器官发育异常和核移植效率低下的原因之一．     

猪体细胞核移植技术研究进展

猪体细胞核移植技术已发展十年多,技术日趋完善,许多实验室已可获得克隆猪和基因修饰猪。近年来新兴了多种基因高效靶向修饰和调控技术,为基因修饰猪研究奠定了技术基础,推进了基因修饰猪的研究从基础研究转向应用研究。介绍了猪体细胞核移植技术的发展历程,主要技术环节的优化,并对猪体细胞核移植的技术优势,在农业、生物医药上的应用及意义,存在问题与前景等进行了概述。     

野生动物种间体细胞核移植研究进展

种间体细胞核移植 (Interspecies somatic cell nuclear transfer, iSCNT) 作为体细胞核移植 (Somatic cell nuclear transfer, SCNT) 中极具潜力的研究方向之一,在转基因动物的生产、优良种群的繁育、濒危动物的保护、灭绝物种的“再生”以及野生动物繁育和生物多样性保护等方面具有广泛的应用前景。本文通过对猫科、犬科、牛科、猪科和西貒科等野生动物的种间核移植技术的研究进展和技术屏障进行阐述,为促进iSCNT技术在野生动物繁殖、育种和多样性保护等方面的进一步应用提供理论基础和技术指导。     

用改进的细胞核移植方法构建重构胚

为了能够找出一种既容易操作,又不需要特殊设备的核移植方法,对以前的操作进行了改进。首先以预先吸有细胞核或细胞的注射针在固定于持卵针上的卵母细胞透明带上穿刺两个孔,然后一边缓慢地将注射针回拔至卵周隙中,一边逐渐增加持卵针中的负压,直至极体与目标核质被完整吸入持卵针中而完成去核,最后在不拔出注射针的情况下直接注射细胞核或完整细胞进而完成重构胚的构建。用此方法对200个卵母细胞进行注核和注细胞操作,平均完成一个重构胚的构建各自耗时约40s和30s,成功率分别为62.6%和86.0%。用核染料Hoechst 33342 对卵母细胞的去核效率进行验证,去核成功率达到73.3%。实验证明,用此方法可以在只有倒置显微镜和显微操作仪的条件下一次性快速完成去核和注核,大大提高了细胞核移植的效率和重构胚成活率;更重要的是该方法操作简单,新手可以很快掌握该技术,易于在实际工作中推广应用。     

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。     

Global gene expression analysis of bovine blastocysts produced by multiple methods

Reproductive efficiency using somatic cell nuclear transfer (SCNT) technology remains suboptimal. Of the various efforts to improve the efficiency, chromatin transfer (CT) and clone-clone aggregation (NTagg) have been reported to produce live cloned animals. To better understand the molecular mechanisms of somatic cell reprogramming during SCNT and assess the various SCNT methods on the molecular level, we performed gene expression analysis on bovine blastocysts produced via standard nuclear transfer (NT), CT, NTagg, in vitro fertilization (IVF), and artificial insemination (AI), as well as on somatic donor cells, using bovine genome arrays. The expression profiles of SCNT (NT, CT, NTagg) embryos were compared with IVF and AI embryos as well as donor cells. NT and CT embryos have indistinguishable gene expression patterns. In comparison to IVF or AI embryos, the number of differentially expressed genes in NTagg embryos is significantly higher than in NT and CT embryos. Genes that were differentially expressed between all the SCNT embryos and IVF or AI embryos are identified. Compared to AI embryos, more than half of the genes found deregulated between SCNT and AI embryos appear to be the result of in vitro culture alone. The results indicate that although SCNT methods have altered differentiated somatic nuclei gene expression to more closely resemble that of embryonic nuclei, combination of insufficient reprogramming and in vitro culture condition compromise the developmental potential of SCNT embryos. This is the first set of comprehensive data for analyzing the molecular impact of various nuclear transfer methods on bovine pre-implantation embryos.     

Experimental cloning of embryos through human-rabbit inter-species nuclear transfer

Therapeutic cloning,which is based on human somatic cell nuclear transfer,is one of our major research objectives.Though inter-species nuclear transfer has been introduced to construct human somatic cell cloned embryos,the effects of type,passage,and preparation method of donor cells on embryo development remain unclear.In our experiment,cloned embryos were reconstructed with different passage and preparation methods of ossocartilaginous cell,skin fibroblast,and cumulus cells.The cumulus cell embryos showed significantly higher development rates than the other two (P＜0.05).The development rate of embryos reconstructed with skin fibroblasts of different passage number and somatic cells of different chilling durations showed no significant difference.Also,fluorescence in situ hybridization (FISH)was conducted to detect nuclear derivation of the embryos.The result showed that the nuclei of the inter-species cloned embryo cells came from human.We conclude that (1)cloned embryos can be constructed through human-rabbit interspecies nuclear transfer;(2)different kinds of somatic cells result in different efficiency of nuclear transfer,while in vitro passage of the donor does not influence embryo development;(3)refrigeration is a convenient and efficient donor cell preparation method.Finally,it is feasible to detect DNA gcnotype through FISH.     

体细胞克隆哺乳动物胚胎发育的表观遗传学

如何提高克隆效率和体细胞核移植后表观遗传重编程的潜在机制的研究是当前生命科学的热点之一。将处于分化状态而进行核移植的体细胞转变成具有全能型的早期胚胎的关键是表观遗传的重编程。文章从基因印迹,x染色体失活,端粒长度等方面来探讨哺乳动物克隆胚胎在发育过程中的表观遗传重编程的机制。     

人-兔异种核移植构建克隆胚的实验研究

“治疗性克隆”是人类最关注的课题之一,而人体细胞核移植是治疗性克隆的基础和前提。异种核移植的方法虽已被引入人体细胞克隆胚的构建,但供体细胞的类型、培养代数及准备方法与其效率之间的关系尚有待探讨。本实验以不同培养代数和不同准备方法的人卵丘细胞、皮肤成纤维细胞和软骨细胞为供体构建了克隆胚,对其发育情况的比较表明,以卵丘细胞为供体时重构胚的体外发育率高于其余二者,差异显著（P〈0．05）;不同培养代数的成纤维细胞克隆胚和不同冷藏天数供体细胞克隆胚体外发育率无明显差异。此外,本实验还尝试用荧光原位杂交法检测所构建的异种克隆胚核遗传物质的来源,结果显示来自人体细胞。本研究表明,人一兔异种核移植构建克隆胚切实可行;体细胞的类型与核移植效率相关;供体细胞的体外培养传代对克隆胚的发育并无影响;而冷藏是一种简便有效的供体细胞准备方法;此外,用FISH方法对重构胚进行核遗传物质的鉴定切实可行。     

Experimental cloning of embryos through human-rabbit inter-species nuclear transfer

Therapeutic cloning, which is based on human somatic cell nuclear transfer, is one of our major research objectives. Though inter-species nuclear transfer has been introduced to construct human somatic cell cloned embryos, the effects of type, passage, and preparation method of donor cells on embryo development remain unclear. In our experiment, cloned embryos were reconstructed with different passage and preparation methods of ossocartilaginous cell, skin fibroblast, and cumulus cells. The cumulus cell embryos showed significantly higher development rates than the other two (P < 0.05). The development rate of embryos reconstructed with skin fibroblasts of different passage number and somatic cells of different chilling durations showed no significant difference. Also, fluorescence in situ hybridization (FISH) was conducted to detect nuclear derivation of the embryos. The result showed that the nuclei of the inter-species cloned embryo cells came from human. We conclude that (1) cloned embryos can be constructed through human-rabbit interspecies nuclear transfer; (2) different kinds of somatic cells result in different efficiency of nuclear transfer, while in vitro passage of the donor does not influence embryo development; (3) refrigeration is a convenient and efficient donor cell preparation method. Finally, it is feasible to detect DNA genotype through FISH. Translated from Zoological Research, 2005, 26(4): 416–421 [译自: 动物学研究]     

核移植与供体细胞

“多莉”羊的诞生是生物界的一个里程碑,它之所以引起如此大的轰动主要是因为它来源于培养的成年绵羊乳腺上皮细胞,这是人类第一次证明分化的体细胞可以被重编程后恢复全能性并最终分化发育成一个动物个体。这说明哺乳动物分化的体细胞核仍具有全套的遗传物质并能够被卵母细胞逆转恢复全能性。然而,关于多莉的供体细胞来源却一直是克隆领域的一个谜。由于体细胞克隆的效率非常低,而用于核移植的供体细胞悬液中往往含有多种类型的细胞,这使得我们很难确切地知道最终获得的克隆动物是来源于哪一种细胞。这种不确定性给我们研究核移植诱导体细胞重编程的机制带来了很大的困难,因此,对供体细胞的研究也是核移植研究领域的一个重要课题,这包括各种组织来源的体细胞是否均可以用于核移植,终末分化的体细胞是否能够用于核移植,组织干细胞是否更有利于体细胞重编程,供体细胞的分化状态是否与核移植的效率有关,死亡的体细胞是否也可以用于核移植等等。本文综述了核移植中与供体细胞相关的最新研究进展。     

哺乳动物核移植中供核与受体卵胞质细胞周期的相互关系

就供核与受体卵胞质细胞周期的相互关系问题进行了综述.核移植技术不管是在基础理论,还是在应用研究中都具有广泛的应用价值,但核移植的效率却很低,其根本原因是与核移植相关的许多基础理论问题尚不清楚,对这些问题的研究发现,维持重构卵核的正确倍性,并使其重新程序化是核移植成功的关键,不同的胞质受体及不同的供体细胞及其状态均对重构胚的发育有影响.     

核移植与诱导多能干细胞技术在体细胞重编程研究中的应用

体细胞重编程是指分化的体细胞在特定的条件下被逆转后恢复到多能性或全能性状态,或者形成多能干细胞系,或者形成早期胚胎然后发育成一个新的个体的过程。诱导体细胞重编程的方法有许多,如核移植（nuclear transfer,NT）、细胞融合、细胞培养和通过导入特定因子获得诱导多能干（induced pluripotent stem,iPS）细胞的方法等。其中核移植和iPS技术是到目前为止诱导体细胞为多能干细胞最为完全、最具有运用于临床再生医学潜能的方法。然而,它们的效率都很低,机制也不清楚,如何将两个方法结合在一起,提高重编程的效率,揭示重编程的机制,进而促进其在患者特异性治疗中的运用将是下阶段的努力方向。