体细胞核移植后表观遗传重编程的异常及其修复

体细胞核移植(Somatic cell nuclear transfer, SCNT)是指将高度分化的体细胞移入到去核的卵母细胞中发育并最终产生后代的技术。然而, 体细胞克隆的总体效率仍然处于一个较低的水平, 主要原因之一是由于体细胞供体核不完全的表观遗传重编程, 包括DNA甲基化、组蛋白乙酰化、基因组印记、X染色体失活和端粒长度等修饰出现的异常。使用一些小分子化合物以及Xist基因的敲除或敲低等方法能修复表观遗传修饰错误, 辅助供体核的重编程, 从而提高体细胞克隆效率, 使其更好地应用于基础研究和生产实践。文章对体细胞核移植后胚胎发育过程中出现的异常表观遗传修饰进行了综述, 并着重论述了近年来有关修复表观遗传错误的研究进展。     

动物克隆及其相关重编程机制研究

体细胞核移植技术已成功克隆出绵羊、牛、小鼠、猪、猕猴等多种动物,克隆技术也被广泛应用于畜牧业、生物医学、基础科研等众多领域。但是克隆的成功率较低,且克隆后代经常出现各种畸形,关键原因之一就是供体细胞重编程不完全。供体细胞核在进入去核卵后,会经历核膜降解、早熟染色质凝集、卵母细胞激活、核扩张、合子基因组激活等一系列事件,期间会发生染色质结构重编程、组蛋白变体合并、组蛋白修饰重编程、DNA甲基化重编程等多种重编程过程,只有重编程成功的胚胎才能正常发育成个体。该文总结了近年来克隆中重编程研究的进展并介绍了新兴的半克隆技术,希望以此加深对重编程机制的了解,从而使克隆的效率得到提高。     

哺乳动物体细胞核移植表观遗传重编程研究进展

体细胞核移植(somatic cell nuclear transfer, SCNT)是唯一能赋予体细胞基因组全能性的生殖工程技术,对动物种质资源保存、畜牧业发展和生物医学研究等具有重大意义。尽管该技术已经取得了许多研究进展,但哺乳动物克隆胚胎的发育效率依然很低,严重限制其在畜牧业和生物医学上的应用。导致克隆胚胎发育效率低的主要原因是体细胞重编程错误或重编程不完全,主要表现为:印记基因Xist表达异常、DNA甲基化异常,组蛋白修饰异常等。本文简要介绍了体细胞核移植技术,系统总结了哺乳动物克隆胚胎发育效率低的主要影响因素,以期为提升体细胞克隆效率相关研究与实践提供理论参考。     

家畜体细胞克隆中核重编程机理研究进展

体细胞克隆在绵羊、山羊、牛、猪等家畜中获得了成功,但目前的克隆效率非常低。克隆效率低使家畜体细胞克隆技术在畜牧业生产及其他领域的应用受到极大的限制,问题的根源在于对体细胞克隆中核重编程的分子机理缺乏了解。供体细胞核移入去核的卵母细胞后,必须经过后成表观遗传修饰的重编程,从而恢复供体细胞核的全能性,才能保证重构胚的正常发育及个体的正常生长。本文从移植核的重构、DNA甲基化总体改变、组蛋白修饰、X染色体失活、端粒长度和端粒酶活性恢复、印迹基因及其他与发育相关基因的表达及核重编程的影响因素等几个方面探讨了体细胞克隆中的核重编程机理,为克隆效率提高的方法研究提供理论依据。     

体细胞核重编程中表观遗传学的研究进展

促使体细胞核重编程的方法很多,除了传统的体细胞核移植方法外,科学家们努力寻求从法律、道德、伦理等方面更易被人们接受的新方法.近年来多能干细胞与体细胞融合、多能细胞的抽提物与体细胞共孵育以及将编码多潜能因子的基因导入体细胞中等方法都能使体细胞核发生重新编程,将已分化的体细胞转变为一种全能的胚胎状态.主要论述了生殖细胞及早期胚胎、体细胞核移植和其他形式的体细胞核重编程的表观遗传学的改变,对表观遗传学的深入研究将有助于我们进一步了解体细胞核重编程的机制,从而不断完善各种技术促进供体核的重新编程,使其更好地应用于基础研究和生产实践.     

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.     

哺乳动物体细胞核移植重编程研究进展

哺乳动物通过体细胞核移植技术能够获得重构胚,并在卵母细胞重编程作用下,供体细胞恢复全能性,这即是核重编程过程。但由于异常重编程的存在,常会导致克隆后代出现高流产率、高死亡率和发育异常等现象。因此,本文主要从细胞分化对重编程的影响、早期胚胎的重编程能力、重编程的检测方法以及提高体细胞核移植重编程的方式这几个方面加以综述,以期进一步增强对体细胞核移植重编程的认识,完善体细胞核移植技术程序。     

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。     

DNA甲基化修饰与体细胞核移植的关系

成功的体细胞核移植（somatic cell nuclear transfer,SCNT）有赖于供体细胞的基因组通过重编程恢复到支持胚胎发育的全能性状态。但是,相比起自然受精后发生的重编程来说,要诱导一个已经分化的供体细胞重编程为全能性状态,往往在时间上和程度上都是迟滞的和不完全的。同时,DNA甲基化状况又是影响克隆胚胎发育和基因表达的关键因素之一。因此,深入研究主导DNA甲基化修饰的分子机理,探讨DNA去甲基化在供体细胞重编程过程中扮演的角色,从而进一步提高供体细胞重编程效率,提高克隆胚的发育潜能,这对于体细胞核移植效率的提高具有重要的意义。     

治疗性克隆与体细胞重编程：殊途同归

治疗性克隆和体细胞重编程是制备患者特异性自体干细胞的两种不同策略,近期已取得了重大的研究进展.治疗性克隆是通过体细胞核移植后形成克隆囊胚进而获得胚胎干细胞,体细胞重编程则是将特异性转录因子导入到体细胞核中而建立诱导性多潜能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS细胞).两者在方法学路径、技术难题、伦理争议等方面各不相同,但在应用研究层面上都涉及到干细胞的定向诱导分化、细胞移植治疗等相同的问题.本文总结了这两种生物技术的研究进展及其异同点.     

Improvements in cloning efficiencies may be possible by increasing uniformity in recipient oocytes and donor cells

The low efficiency of somatic cell cloning is the major obstacle to widespread use of this technology. Incomplete nuclear reprogramming following the transfer of donor nuclei into recipient oocytes has been implicated as a primary reason for the low efficiency of the cloning procedure. The mechanisms and factors that affect the progression of the nuclear reprogramming process have not been completely elucidated, but the identification of these factors and their subsequent manipulation would increase cloning efficiency. At present, many groups are studying donor nucleus reprogramming. Here, we present an approach in which the efficiency of producing viable offspring is improved by selecting recipient oocytes and donor cells that will produce cloned embryos with functionally reprogrammed nuclei. This approach will produce information useful in future studies aimed at further deciphering the nuclear reprogramming process.     

Production of cloned pigs by whole-cell intracytoplasmic microinjection

Cloning by somatic cell nuclear transfer has been successfully achieved by both fusing of a donor cell with and injecting an isolated donor cell nucleus into an enucleated oocyte. However, each of the above methods involves extended manipulation of either the oocytes (fusion) or the donor cells (nucleus isolation). Additionally, cloning efficiency can be reduced by low fusion rate of the cell fusion method, and specialized micromanipulation equipment and exacting nucleus isolation techniques are required for the nucleus injection method. Here we report a whole-cell injection technique for nuclear transfer in pigs and the production of cloned piglets with comparable, if not higher, efficiency than the other two nuclear transfer procedures. First, we tested the feasibility of this technique with three types of frequently used donor cells (cumulus, mural granulosa, and fibroblasts) and obtained the optimal nuclear reprogramming conditions for these cells. We further improved our protocol by avoiding ultraviolet exposure during enucleation and achieved a 37% blastocyst rate. We then conducted whole-cell injection using skin fibroblasts from the ear of a sow transgenic for two genes, the porcine lactoferrin and the human factor IX, and produced four live-born cloned transgenic piglets from three recipients. The present study demonstrated the applicability of producing normal, cloned piglets by the simple and less labor-intensive whole-cell intracytoplasmic injection.     

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。     

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。