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重磅!8个基因足以将小鼠干细胞直接转化为卵母细胞样细胞
时间:2020-12-28
在一项新的研究中,来自日本九州大学和日本理化学研究所生物系统动力学中心等研究机构的研究人员发现仅需激活8个表达转录因子的基因就足以将小鼠多能性干细胞直接转化为卵母细胞样细胞(oocyte-like cell),而且所形成的卵母细胞样细胞在成熟后甚至可以像卵细胞一样受精。这一发现除了为卵细胞发育机制提供新的见解之外,还可能为产生用于生殖生物学和医学的卵母细胞特有的高度特化物质开辟一条简单的途径。相关研究结果于2020年12月16日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Reconstitution of the oocyte transcriptional network with transcription factors”。
图片来自Nature, 2020, doi:10.1038/s41586-020-3027-9。

卵母细胞储存在体内,直到成熟为卵细胞,做好受精的准备,这是创造人类新生命的第一步。卵母细胞是极其独特的,这是因为它们能够产生创造一个人所需的两百多种高度分化的细胞,而这种能力的关键是充满细胞内液体状细胞质中的复杂物质混合物。

卵母细胞及其细胞质是如此的非凡,以至于将一个卵母细胞的含有DNA的细胞核替换成一个体细胞的细胞核--这个过程被称为体细胞核转移--可以产生一个新的生命,就像著名的多莉羊所展示的那样。

因此,从根本上了解卵母细胞及其发育情况,对于推进生殖医学的发展和更好地掌握生命的繁殖方式都是非常重要的,但对协调卵母细胞发育的众多基因的认识还远远不够。

在这项研究中,通过分析小鼠卵母细胞的发育情况,论文共同通讯作者、九州大学医学院的Katsuhiko Hayashi教授及其研究团队如今鉴定出8个编码转录因子的基因---Kat8、Birc5、Sp110、Dynll1、Polr2j、 Drap1、Stat3和Dmap1---不仅是卵母细胞生长所必需的,而且可以直接将小鼠干细胞转化为卵母细胞样细胞。

论文第一作者兼论文共同通讯作者、九州大学助理教授Nobuhiko Hamazaki说,“在导入少数转录因子后,看到小鼠干细胞如此快速、轻松地以卵母细胞的形式出现,最初我完全不敢相信,但是反复实验证明这是真的。发现8个转录因子可以导致如此大的变化,这是相当惊人的。”

Hayashi团队与来自日本理化学研究所生物系统动力学中心的研究人员合作,发现小鼠胚胎干细胞和诱导性多能干(iPS)细胞经诱导后表达一组8种转录因子时,一致地转化为卵母细胞样细胞,在某些情况下,仅需表达4种转录因子就足够了,但是重现性较差。

Hayashi说,“这些干细胞可以直接转化为卵母细胞样细胞,而不需要遵循自然发生的一系列步骤,这是非常了不起的。”

当与通常在卵母细胞周围发现的其他细胞一起培养时,这些卵母细胞样细胞会发育出与成熟卵细胞相似的结构,但存在染色体结构异常。尽管如此,成熟的卵母细胞样细胞可以在体外受精,并表现出早期发育,有些甚至发育到八细胞阶段。

虽然这些经过基因修饰的卵母细胞样细胞可能无法长期使用,但是这对于主要需要卵母细胞的细胞质的应用来说并不是问题,比如生殖生物学研究和线粒体替代疗法等治疗方法。在线粒体替代疗法中,卵母细胞的一部分被替换以阻止母体将与线粒体有关的疾病传递给后代。

Hayashi说,“来自卵母细胞的细胞质是生殖生物学和医学的宝贵资源,而且这种方法可能提供一种新的工具,在没有任何侵入性程序的情况下生产大量的这样的细胞质。虽然对于人类来说,这些过程可能仍然要复杂得多,但这些在小鼠身上取得的初步研究结果是非常有前景的。”
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