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。     

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。     

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。     

细胞核重编程对克隆的影响

细胞核重编程是哺乳动物正常受精胚胎和克隆胚胎发育过程中的一个重要特性,主要是对表观遗传学特征进行重新编写,包括染色质重塑、组蛋白修饰、DNA甲基化、印记基因表达、X染色体失活等表观遗传修饰的改变。通过细胞核重编程,首先,受精卵和克隆胚胎的供体核停止其特有的基因表达程序,恢复为全能状态的基因表达程序;然后,受精胚胎和克隆胚胎的细胞再从全能状态重新进入分化状态,最终形成各种组织和器官。近年来,不少研究表明,克隆胚胎的细胞核重编程存在不同程度的表观遗传修饰异常,可能对克隆及其农业和医学应用有着重要影响。本文就正常和克隆胚胎细胞核重编程的研究进展以及克隆胚胎的细胞核重编程异常对克隆的影响作一综述,并对目前有关治疗性克隆前景的不同看法进行了讨论。     

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。     

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。     

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。     

细胞抽提物诱导的体细胞重编程

体细胞重编程是指在特定条件下将已分化的体细胞去分化逆转回原始多能状态或转分化为其他类型细胞。目前诱导体细胞重编程的方法主要有：体细胞核移植、细胞融合、特定转录因子转染、细胞抽提物诱导等。近年来抽提物诱导体细胞重编程越来越受到研究者的关注。利用此法, 通过重编程不仅可以获得需要类型的细胞, 而且方便识别与重编程有关的细胞因子, 探求重编程的机制。文章简略概述诱导体细胞重编程的方法, 并重点阐述细胞抽提物诱导体细胞重编程的研究进展。     

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。     

DNA甲基化和组蛋白修饰在克隆动物发育过程中的作用

体细胞核移植在农业应用、生产疾病模型动物、转基因家畜或产生人胚胎干细胞来治疗人类的疾病方面有巨大的应用潜力。虽然已经成功克隆出多种哺乳动物, 但该技术仍存在一些未解决的问题, 包括产生克隆动物的效率低和克隆动物的异常等。异常的表观遗传重编程是克隆胚胎发育失败的一个重要因素。文章重点论述了DNA甲基化、组蛋白修饰及其与克隆胚胎发育的关系。了解表观遗传调控机制有助于解决核移植技术中存在的问题, 有利于更好地应用这项技术。     

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.     

综述: 诱导重编程过程中的表观遗传重塑

多能干细胞(pluripotent stem cell,PSC)是一类具有自我更新能力和多向分化潜能的细胞,具有广泛的临床应用前景．诱导性多功能干细胞(induced pluripotent stem cell,iPS cell)的获得,解决了传统方式中的细胞来源和伦理学等问题,从理论研究和应用上实现了体细胞重编程的重大突破,也为疾病发生机制研究、药物筛选、个性化药物选择、细胞治疗和再生医学等研究创造了难得的机会,从而开启了多能干细胞应用的新纪元．iPS过程中有很多问题尚未得到解决,尤其是诱导重编程的分子机制方面,这也是近年来干细胞领域研究的热点．其中如何实现表观遗传的重编程被认为是亟待解决的核心问题之一．本文结合我们的研究,主要介绍诱导重编程领域表观遗传修饰重塑机制的研究进展,并展望未来研究中大规模信息整合分析的重要性．     

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。     

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.     

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。     

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。     

维生素C对细胞增殖的挽救提高shDNMT1对重编程的促进作用

在利用4个转录因子(Oct4,Sox2,Klf4,c-Myc)获得诱导多能干细胞(iPSC)的过程中,DNA甲基化以及维生素C(Vc)发挥着重要的作用。为了研究DNMT1和维生素C在这一过程中的相互作用,在不使用Vc的情况下,利用shRNA抑制DNMT1 的表达不能有效促进成纤维细胞向iPSC以及pre-iPSC向iPSC的转变。但是,在使用Vc的情况下,shDNMT1可以有效地促进这两种转变。此外,shDNMT1可以抑制成纤维细胞增殖,增大G1期细胞比例。从而在一定程度上抑制shDNMT1对iPSC获得的促进作用。而Vc则可以通过促进细胞增殖,减小G1期细胞比例,挽救 shDNMT1对细胞周期的影响,进而提高shDNMT1对重编程的促进作用。     

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。     

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。     

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。