体细胞核移植技术在农业和生物医学中的应用

台湾大学畜产学系从事动物和畜禽研究的专家们利用不同形态之供核细胞（donor cell）及激活方式（activation）进行猪胚的体细胞转置（somatic cell nuclear transfer,SCNT）,观察并改善重组胚（reconstructed embryos）的激活及后期发育效率。从卵巢之表面泸泡（2～8mm）收集卵丘的卵母细胞复合体（cumulus-oocyte compleses,COCs）,放入NCSU-23成熟培养液中培养42～44h,     

哺乳动物体细胞核移植研究现状及应用前景

扼要介绍了继世界首例体细胞克隆羊诞生后,哺乳动物体细胞核移植技术在最近3年内取得的研究进展、目前存在的问题及应用前景。     

体细胞核移植与中心体遗传

体细胞克隆虽然在多种哺乳动物中成功获得后代, 但仍存在一系列的问题需要解决。克隆胚胎的发育能力由核移植后几小时内的细胞和分子过程决定, 包括染色体分离和纺锤体的重新组装。中心体的正常组成和分布能保证染色体分离的准确性及新生和出生后克隆动物发育过程中的基因组稳定性。文章在分析哺乳动物体细胞克隆存在的问题和简介中心体结构功能的基础上, 综述了中心体在配子和受精卵发育过程中的遗传机制, 同时阐述了体细胞克隆胚胎中心体及其相关蛋白的研究现状。     

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 。     

猪体细胞核移植的研究进展和影响因素

自2000年Polejaeva IA获得第1头克隆猪后,短短几年时间全世界已有10多例成功的报道,使得猪的体细胞核移植有了长足的发展,但目前猪的体细胞核移植效率依然低下（1—2％）,人们对核移植中重编程分子机理的认识知之甚少。简要综述了猪体细胞核移植近年来的研究进展,就猪核移植中的技术难点和影响因素进行了分析,涉及供体细胞种类的选择、体外长期培养和高压筛选对随后核移植的影响以及供核细胞细胞周期的选择,核质双方的协调,去核和注核方法的选择,融合和激活程序的优化,妊娠的维持等。     

体细胞核移植胚胎核重编程的研究进展

尽管在多种哺乳动物种系中成功制备了体细胞克隆后代,但当前的克隆技术仍有许多亟待解决的问题。体细胞核移植胚胎大多存在许多发育异常,造成了妊娠早期高流产率和出生后高死亡率。有研究认为,克隆胚胎发育障碍的一个重要的原因是供体细胞的遗传重编程不完全。哺乳动物种系中,DNA甲基化是胚胎发育期转录调节的必需步骤,除了单拷贝基因序列外,在基因组很多的区域都可以观测到克隆胚胎的异常甲基化。此外,克隆胚胎的基因印迹也存在异常。     

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。     

兔体细胞核移植的初步研究

实验以兔胎儿成纤维细胞为核供体,对兔体细胞核移植技术的融合,激活和发育等环节进行了初步研究。实验通过比较不同电场强度对兔2细胞胚胎卵裂球融合以及卵母细胞激活的影响,证实200和260V/mm的电场强度可有效地诱导2细胞胚胎的融合和兔卵母细胞的孤雌激活。然后将200和260V／mm电场强度用于体细胞核移植,融合率分别为44．4％和48．4％,卵裂率分别为58．8％和53．8％,桑椹胚／囊胚发育率分别为5．9％和5．5%。但112枚核移植胚胎移植到5只受体后没有幼子出生。结果表明,实验中所建立的程序至少可以支持兔体细胞克隆胚胎的早期发育。     

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。     

猪体细胞核移植重构胚的体外发育

以卵丘细胞为核供体细胞组成重构胚,卵裂率达到56．7％,发育至桑椹胚率达到11．7％,囊胚率为6．7％,显著高于成纤维细胞重构胚（P＜0．05）。本文还研究了卵母细胞的采集方法、激活程序和卵龄对卵丘细胞核移植重构胚体外发育的影响。以血清饥饿法将卵丘细胞诱导G0/G1期,抽吸法／解剖法采集卵母细胞,体外培养33－44h,将卵丘细胞放至去核卵母细胞的卵周隙中,重构胚以钙离子载体A23817或电脉冲结合6－DMAP激活处理,体外培养6d。研究表明,卵母细胞采集方法、激活液中细胞松驰素（CB）、激活程度并不影响重构胚的发育（以卵龄44h的卵母细胞为受体）;而以电脉冲结合6－DMAP激活处理能提高重构胚发育能力（以卵龄33h的卵母细胞为受体）（P＜0．05）。本研究显示,以电脉冲结合6－DMAP激活卵丘细胞重构胚,体外能发育至囊胚。     

利用IVF废弃胚胎为核移植受体构建人体细胞克隆胚胎

目的：探讨利用IVF废弃胚胎构建人体细胞克隆胚胎的发育潜能及其在人治疗性克隆应用的可能性。方法：收集2008年7-12月在广州医学院第三附属医院进行体外受精-胚胎移植周期中的多精受精胚胎和MII期体外受精失败卵母细胞,运用显微操作技术构建人体细胞克隆胚胎,观察胚胎发育情况。结果：多精受精胚胎为核移植受体的克隆胚胎能够发育到8-细胞期,受精失败MII期卵母细胞为核移植受体的克隆胚胎能够激活,但不能够卵裂。两种IVF废弃的胚胎构建的人体细胞克隆胚胎在去核成功率,注核成功率上无显著差异（P＆gt;0.05）,但卵裂率和8细胞率上具有显著差异（P＆lt;0.05）。结论：多精受精胚胎比MII期体外受精失败卵母细胞更适合作为人核移植受体细胞。     

Interspecies somatic cell nuclear transfer: a salvage tool seeking first aid

Much emphasis is currently given to the use of Interspecific Somatic Cell Nuclear Transfer (ISCNT) as a potential salvage tool for endangered animals. In this short review we present a survey on all data published so far on ISCNT, including abstract communication in international meetings. From the analysis of these data it appears that the results obtained are very preliminary and often confusing on the real stage of the embryonic development obtained. Moreover, the acronym ISCNT is improperly used because in many reports the nuclei and oocyte donor are not within the same species, but belong to different order and sometimes taxa, therefore, we classified all the ISCNT reports by allocating cell and oocyte donors to their respective order/species/class. The efficiency of cloning is low in all species owing to incomplete nuclear reprogramming of differentiated cells under the current procedures. ISCNT, however, poses additional hurdles which are rarely addressed in previously published work, and on which we focus in this review: mt/genomic DNA compatibility; embryonic genome activation of the donor nucleus by the recipient oocyte; availability of suitable foster mothers for ISCNT embryos. All these issues are discussed here, and possible solutions for the successful application of somatic cell nuclear transfer to endangered animals are also put forth.     

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。     

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。     

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。     

Effect of activation time on the nuclear remodeling and in vitro development of nuclear transfer embryos derived from bovine somatic cells

This study was conducted to investigate the effect of recipient activation time on the chromatin structure and development of bovine nuclear transfer embryos. Serum-starved skin cells were electrofused to enucleated oocytes, activated 1-5 hr after fusion, and cultured in vitro. Some fused eggs were fixed at each time point after fusion without activation, or 3 or 7 hr after activation. Some nocodazole treated zygotes were fixed to analyze their chromosome constitutions. The proportion of eggs with a morphologically normal premature chromosome condensation (PCC) state increased 1-2 hr after fusion. Whereas eggs with elongated chromosome plate increased as activation time was prolonged to 3 hr, and 5 hr after fusion, 58.1% of eggs showed more than two scattered chromosome sets. The proportion of eggs with a single chromatin mass (40.6-56.7%) significantly increased when eggs were activated within 2.5 hr after fusion (P < 0.05). Only 23.3% of reconstituted embryos activated 5 hr after fusion formed one pronucleus-like structure (PN), whereas, 64.5-78.3% of embryos activated 1-2.5 hr after fusion formed one PN. The proportion of embryos with normal chromosome constitutions decreased as activation time was prolonged. Development rates to the blastocyst stage were higher in eggs activated within 2 hr after fusion (17.3-21.7%) compared to those of others (0-8.6%, P < 0.05). The result of the present study suggests that activation time can affect the chromatin structure and in vitro development of bovine nuclear transfer embryos.     

Morphological abnormalities, impaired fetal development and decrease in myostatin expression following somatic cell nuclear transfer in dogs

Several mammals, including dogs, have been successfully cloned using somatic cell nuclear transfer (SCNT), but the efficiency of generating normal, live offspring is relatively low. Although the high failure rate has been attributed to incomplete reprogramming of the somatic nuclei during the cloning process, the exact cause is not fully known. To elucidate the cause of death in cloned offspring, 12 deceased offspring cloned by SCNT were necropsied. The clones were either stillborn just prior to delivery or died with dyspnea shortly after birth. On gross examination, defects in the anterior abdominal wall and increased heart and liver sizes were found. Notably, a significant increase in muscle mass and macroglossia lesions were observed in deceased SCNT-cloned dogs. Interestingly, the expression of myostatin, a negative regulator of muscle growth during embryogenesis, was down-regulated at the mRNA level in tongues and skeletal muscles of SCNT-cloned dogs compared with a normal dog. Results of the present study suggest that decreased expression of myostatin in SCNT-cloned dogs may be involved in morphological abnormalities such as increased muscle mass and macroglossia, which may contribute to impaired fetal development and poor survival rates.