核移植技术研究进展

核移植(nuelear transplation,NT)是将动物早期胚胎或体细胞的细胞核移植到去核的受精卵或成熟卵母细胞中、重新构建新的胚胎,使重构胚发育为与供核细胞基因型相同后代的技术过程,又称动物克隆技术。广义的胚胎克隆技术还包括胚胎分割和卵裂球培养,通常所指的胚胎克隆技术是指狭义概念,即核移植技术。1938年Spmann在所有胚胎细胞都具有与受精卵完全相同、拥有潜在发育全能性的细胞核基础上提出了细胞核移植的概念[‘1。早期核移植实验是在变形虫、蛙、爪蟾、非洲爪蛙等两栖类和鱼类上进行的核质关系研究〔“一“〕,随着胚胎技术的不断进步…     

哺乳动物早期胚胎的基因表达及其调控

哺乳动物的早期发育包括合子的形成、胚胎基因组的活化和细胞开始分化等。在这段时期,精蛋白被组蛋白取代;二倍体形成后甲基化的单倍体亲本基因组经历了脱甲基作用;母本控制的发育被合子控制所取代。此外,在染色体调节的转录抑制状态形成之后,胚胎基因组活化,但基因的有效表达需要有增强子。这种转录抑制状态的产生很可能发生在染色质结构水平,因为诱导组蛋白过乙酰化可免除对增强子的需求。早期胚胎的mRNA表达模式与在体内或体外成功发育的关系,对确定最佳培养条件和核移植程序是必不可少的。     

核移植重构胚染色体重塑的分析研究进展

重构胚核染色体重塑对于核移植的成功是必要的。供体核在卵胞质内将会发生一系列的形态学变化,包括核膜破裂、成熟前的染色体凝集,然后重新形成新的核结构,指导着整个胚胎的发育过程。本综述对发生在核移植重构胚染色体中的生物学事件进行了简要阐述。     

卵子介导细胞重编程的基础与应用研究

细胞重编程一般是指将分化细胞转变成全能性胚胎或多能性细胞的过程,是研究发育和分化的重要手段,为再生医学、疾病个体化治疗及药物筛选等提供了巨大的应用前景。诱导细胞重编程的方法有多种,如细胞培养、卵子介导的核移植(nuclear transfer)、细胞融合、山中伸弥因子介导的诱导多能干细胞(i PSC)技术等。以国家自然科学基金重大研究计划为依托,李劲松课题组围绕着卵子介导的细胞重编程领域开展了系统的研究,取得了一系列突破性的进展:完善了卵子介导的核移植体系;建立精子和卵子来源的"类精子"的单倍体胚胎干细胞系和半克隆技术;建立人和猴子的孤雌单倍体胚胎干细胞系;卵子介导的重编程与i PSC技术比较揭示影响重编程的重要因子;建立卵子介导遗传疾病治疗的策略。现主要对卵子介导细胞重编程的基础与应用研究的原创性实验成果进行综述,并展望未来关注的重点研究方向。     

核重编程机制的影响因素

哺乳动物体细胞核移植技术在农业、生物技术、医药生产和濒危动物保护等方面具有很大的潜力和应用价值,已成为目前发育生物学研究的重要方法。但是核重编程仍是核移植技术的关键因素,制约了重构胚胎干细胞的研究。只有供核发生完全重编程,重构胚胎才能正常发育。核重编程与供核者的年龄,供核细胞的组织来源、分化状态、细胞周期、传代次数,供核细胞的表观遗传标记以及供卵者的年龄、卵子的成熟度等因素有关。创造各种适于核重编程的条件有利于从更高的起点开展核移植胚胎干细胞的研究,提高重枸胚胎干细胞建系效率。     

动物克隆过程中核的重新编程

核移植后,供体核会发生核仁结构和组蛋白H1的变化。体细胞型组蛋白H1的消失可作为核重新编程的一种标志,组蛋白H1在中期胞质中比在间期胞质中消失得快。核移植后,供体核的基因表达被重新编程,从而正确进行RNA转录和蛋白质合成。     

体细胞核移植后核重编程的影响因素

近年来,人类核移植胚胎干细胞建系成为一项炙手可热的研究,用再生医学的理念治疗退行性疾病及器官移植为这一研究带来无穷的魅力和生命力;但是核重编程仍是核移植技术的瓶颈,制约了重构胚胎干细胞的研究。核重编程是指供体细胞核移入卵母细胞后必须停止本身的基因表达程序并恢复为胚胎发育所必需的特定的胚胎表达程序。只有供核发生完全重编程,重构胚胎才能正常发育。核重编程与供核者的年龄,供核细胞的组织来源、分化状态、细胞周期、传代次数,供核的表遗传标记以及供卵者的年龄、卵子的成熟度等因素有关。一般来说,颗粒细胞作为核供体最易被核重编程。供核者为胎体或新生体,供核细胞处于低分化状态或已传数代,供核细胞经过去表遗传标记处理,供卵者性成熟且年龄轻、卵子核与胞浆都成熟等均为有利于核重编程的因素。重构胚胎的培养方法对核重编程也至关重要,目前主张使用序贯培养及体细胞化培养。创造各种适于核重编程的条件有利于从更高的起点开展核移植胚胎干细胞研究,提高重构胚胎干细胞建系效率。     

兔核移植胚胎起始发育的超微结构研究

对兔核移植胚胎起始发育的超微结构变化进行电镜观察,并与供体桑椹胚细胞,受体卵母细胞及同期正常受精胚胎的超微结构进行比较,“原核”期兔核移植胚胎的超微结构明显不同于供体桑椹胚细胞及受体卵母细胞的超微结构,而与同期正常受精胚胎相似,但有些核移植胚胎中皮质反应,及核仁和线粒体中出电子致密的网眼结构,与正常受精卵存在差别,分裂至２－细胞期时,与正常２－细胞胚超微结构更相似,结果提示,兔胚胎细胞核移植后,供     

H1oo在哺乳动物胚胎发育及其基因组重编程中的作用

染色质结构可由转录抑制状态转变为转录激活状态,从而调节早期胚胎由母型基因控制转变为合子型基因控制。作为一种特殊类型的连接组蛋白——哺乳动物特异性连接组蛋白H1oo,其表达方式具有一定的时序性,但又与其他7种连接组蛋白亚型有所不同,H1oo不但能够在卵母细胞．胚胎发育转换过程中发挥功能,而且还可能在基因组重编程过程中起到关键性作用。分析研究卵母细胞特异性连接组蛋白,有助于认识染色质重构建、基因组重编程过程以及核移植的分子机制,而且可能对克隆效率的提高有所补益。     

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。     

培养基中能量底物对猪胚胎发育的影响

旨在探讨丙酮酸和乳酸对猪(Susscrofa)胚胎早期发育的影响,将NCSU-23培养基中的5.56mmol/L葡萄糖替换为0.2mmol/L丙酮酸、5.7mmol/L乳酸,并将此培养基命名为mNCSU-23。根据实验设计,孤雌胚及核移植胚转移到mNCSU-23或NCSU-23中培养。激活第2天统计孤雌胚及核移植胚中的5～8细胞胚胎数。激活第6天统计孤雌胚及核移植胚囊胚形成率及囊胚细胞数。实验结果表明,mNCSU/NCSU处理组的5～8细胞胚胎数及囊胚数显著高于对照组(P0.05);单纯使用mNCSU培养猪胚胎时,囊胚率最低,发育结果最差(P0.05)。本研究证实,在体外培养前两天,用乳酸和丙酮酸代替培养基中的葡萄糖对胚胎发育有利。     

Epigenetic marking correlates with developmental potential in cloned bovine preimplantation embryos

During differentiation, somatic nuclei acquire highly specialized DNA and chromatin modifications, which are thought to result in cellular memory of the differentiated state. Upon somatic nuclear transfer into oocytes, the donor nucleus may have to undergo reprogramming of these epigenetic marks in order to achieve totipotency. This may involve changes in epigenetic features similar to those that occur in normal embryos during early development. However, there is accumulating evidence that epigenetic reprogramming is severely deficient in cloned embryos. Several reports reveal inefficient demethylation and inappropriate reestablishment of DNA methylation in quantitative and qualitative patterns on somatic nuclear transfer. Here we examine histone H3 lysine 9 (H3-K9) methylation and acetylation in normal embryos and in those created by somatic nuclear transfer. We find that H3-K9 methylation is reprogrammed in parallel with DNA methylation in normal embryos. However, the majority of cloned embryos exhibit H3-K9 hypermethylation associated with DNA hypermethylation, suggesting a genome-wide failure of reprogramming. Strikingly, the precise epigenotype in cloned embryos depends on the donor cell type, and the proportion of embryos with normal epigenotypes correlates closely with the proportion developing to the blastocyst stage. These results suggest a mechanistic link between DNA and histone methylation in the mammalian embryo and reveal an association between epigenetic marks and developmental potential of cloned embryos.     

化学辅助去核法对绵羊卵母细胞去核率和重构胚发育率的影响

为提高绵羊体细胞核移植的效率,本研究采用一种新的去核方法—化学辅助去核法,对绵羊体外成熟的卵母细胞进行去核,研究了化学诱导剂秋水仙素的处理浓度、作用时间、卵母细胞的成熟时间对去核效果及重构胚发育的影响。结果表明:1)卵母细胞在0.4μg/mL的秋水仙素溶液中分别孵育0.5h和1h,胞质突起率和去核率没有显著的差异,突起率可高达85.4%,去核率达到100%;2)0.2μg/mL或0.4μg/mL秋水仙素溶液将卵母细胞处理0.5h,对去核效果没有显著影响;3)对于体外成熟18～23h的卵母细胞,随着成熟时间的延长,盲吸法的去核率降低,但没有影响秋水仙素诱导胞质突起的比率和去核率;4)两种去核方法对重构胚的发育没有产生显著影响,但成熟21～23h卵母细胞重构胚囊胚的发育率显著高于成熟18～20h卵母细胞重构胚囊胚的发育率。综上所述,本试验优化了绵羊卵母细胞化学辅助的去核程序,利用化学辅助去核法对高卵龄的绵羊卵母细胞进行去核,提高了去核率和重构胚的体外发育率。     

Laser microbeam-induced DNA damage inhibits cell division in fertilized eggs and early embryos

DNA double-strand breaks are caused by both intracellular physiological processes and environmental stress. In this study, we used laser microbeam cut (abbreviated microcut or cut), which allows specific DNA damage in the pronucleus of a fertilized egg and in individual blastomere(s) of an early embryo, to investigate the response of early embryos to DNA double-strand breaks. Line type γH2AX foci were detected in the cut region, while Chk2 phosphorylation staining was observed in the whole nuclear region of the cut pronuclei or blastomeres. Zygotes with cut male or female pronucleus showed poor developmental capability: the percentage of cleavage embryos was significantly decreased, and the embryos failed to complete further development to blastocysts. The cut blastomeres in 2-cell, 4-cell, and 8-cell embryos ceased cleavage, and they failed to incorporate into compacted morulae, but instead underwent apoptosis and cell death at the blastocyst stage; the uncut part of embryos could develop to blastocysts, with a reduced percentage or decreased cell number. When both blastomeres of the 2-cell embryos were cut by laser microbeam, cell death occurred 24 h earlier, suggesting important functions of the uncut blastomere in delaying cell death of the cut blastomere. Taken together, we conclude that microbeam-induced DNA damage in early embryos causes compromised development, and that embryos may have their own mechanisms to exclude DNA-damaged blastomeres from participating in further development.