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利用最新表观遗传学成果 攻克非人灵长类动物克隆难题

 老夫不请自来也 2018-01-29




    原标题:中科院取得生命科学重大突破!通过体细胞核移植克隆猕猴诞生在中国

克隆多莉羊作为家喻户晓的明星已经是20 多年前的事情了,可就在今天,中科院上海神经科学研究所的一项成就再次一石激起千层浪,他们经由体细胞核移植克隆的两只灵长类动物长尾猕猴中中和“华华”分别201711月27日和12月5日诞生了


非人灵长类被认为是研究高等认知以及脑疾病的最理想模式动物,科学界一直就很重视,在世界各地建立了很多研究中心。中国因其得天独厚的生物资源,更成为研究的重点。

克隆猴的作用在于,它可以帮助科学家制备具有相同遗传背景的猴子,并对克隆猴的基因按需进行编辑,为研究人类脑部疾病、癌症、免疫系统或代谢紊乱等提供真实可靠的模型,还可用于测试药物的疗效。

克隆中中华华所用的技术叫做体细胞核移植技术somatic cell nuclear transferSCNT),克隆多莉羊就是靠这项技术才诞生的。意味着无需精子这类生殖细胞而用已分化的体细胞也能产生和原细胞基因完全相同的子代。

其实,中中华华并不是世界上首次被克隆出的灵长类动物。1999 年,科学家就使用胚胎分裂技术克隆出了一只叫Tetra 的猴子。不过,该克隆技术比较简单,是基于双胞胎自然形成的模式,且一次最多只能产生四个后代。

应用体细胞核移植技术克隆生命体的步骤是这样的:(以多莉为例)先将卵细胞的细胞核去除,再将另一个成熟分化的体细胞的细胞核取出,通过显微注射打进卵细胞内。重构后的卵细胞继续分化发育,最终形成与细胞核供体具有相同遗传特征的动物克隆。


多莉羊”诞生之后的20 多年间,先后克隆出了牛、鼠、猪、猫、兔、马、狗、狼等动物,但克隆猴子的技术难度要大得多,这是因为:

1.猴子卵细胞获取困难

食蟹猴和恒河猴都是单胎动物,要获得猴子的卵母细胞资源,如果沿用在鼠、牛和猪等动物中的收集方法并不奏效。即使科学家用激素促进猴子排卵,得到的优质卵细胞仍然很少。所以,卵细胞数量就限制了这项技术。

2.SCNT技术本身存在缺陷

由于SCNT 本身存在的缺陷,导致通过克隆获得的重构胚胎发育效率很低。其中一个很重要的原因就是与其他哺乳动物的克隆相比,灵长类动物的体细胞核对SCNT 有抗性。

几年前,美国科学家用SCNT 分别制造出了猴胚胎干细胞和人类胚胎干细胞,但是它们的发育能力十分有限。要解决这个难题,就必须找到这个抗性出现的原因究竟是什么。经过多年研究,这种抗性被鉴别出来,即存在一种被称之为重编程的抗性区(Reprogramming Resistence Regions, RRRs)。

在哈佛大学张毅教授的两项研究中,明确了小鼠和人的供体细胞核的基因组中均存在RRRs。在这些区域,富集着一类组蛋白甲基化修饰,阻碍了具有多分化潜能调控功能的基因表达,使得SCNT 技术中的重构胚胎发育受阻。

发现了原因,便为寻找解决办法打开了大门。张毅教授研究组发现,如果向移植了体细胞核的卵细胞中引入KDM4D一类组蛋白去甲基酶,去除这类组蛋白甲基化修饰,就能够提高重构卵细胞的重编程效率和正常发育分化能力,进而提高核移植的成功率。

这次中中华华之所以能够诞生,就在于中科院上海神经科学研究所的研究人员充分利用了最新的表观遗传学成果。他们完成核移植之后,研究人员向卵细胞导入了表观遗传修饰的调节因子KDM4D TSA,以此来启动胚胎发育的功能基因。由于导入了表观遗传修饰因子,体细胞核中原本被抑制的基因重新被激活,并最终在代孕雌猴中获得了很高比例的受孕率和正常发育率。

对于中中华华的供体细胞核的来源问题,科学家们尝试了很多次才得以成功。起初,他们用了成年猴的体细胞核作为供体,但所得到的克隆猴因呼吸异常,在出生后只存活了几个小时。后来科学家想到了用一只流产的猴胚胎的成纤维细胞,这才得以获得成功。研究人员从这只流产的猴胚胎的成纤维细胞中获得了大量遗传背景相同的细胞核。


​图:体细胞核移植技术中的显微注射步骤(
B,C,D,E,F);重构细胞融合后
正常发育为带有内细胞团的囊胚(J


​          科学家们从反复的实验中得出一项结论:相比胚胎体细胞,成体体细胞的重编程的阻碍更大,但其具体机制还不明确。目前,中中华华还在喝奶期,生长发育良好,与其它猴子无异。科学家们会继续关注其发育状况,并致力于改善克隆技术。


 

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