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Cell:对哺乳动物胚胎发育进行实时成像,揭示胚胎细胞分化机制

来源:生物谷 2016-05-24 21:11

2016年5月24日/生物谷BIOON/--在一项新的研究中,来自新加坡科技研究局(A*STAR)分子与细胞生物学研究所(Institute of Molecular and Cell Biology, IMCB)的研究人员开发出先进的显微技术,对胚胎发育进行实时监控,揭示出在胚胎生命的最早期阶段,哺乳动物胚胎细胞如何分化。将这些发现与新的成像技术结合在一起将对体外受精(In-Vitro Fertilisation, IVF)和植入前遗传学诊断(Preimplantation Genetic Diagnosis, PGD)等辅助生殖方法产生巨大的潜力影响,使得这些方法更加有效。相关研究结果近期发表在Cell期刊上,论文标题为“Long-Lived Binding of Sox2 to DNA Predicts Cell Fate in the Four-Cell Mouse Embryo”。

当前的IVF方法评估一个胚胎是否适合植入主要是依据可观察到的测量指标,如检测该胚胎的生长率是否正常。另一方面,对胚胎进行PGD检测是通过分析随机提取出的胚胎细胞进行遗传缺陷筛查,这种检测是基于一个猜测:植入前胚胎内的每个细胞都是完全相同的,因而移除单个胚胎细胞将不会影响植入后的胚胎整体发育。

IMCB研究人员已证实与这个猜测相反的是,植入前胚胎内的每个细胞事实上是不同的,而且可能在发育后期发挥着非常不同的作用。通过开发出新的先进实时成像技术,研究人员能够研究植入前小鼠胚胎中的每个细胞,而不会干扰它们的发育。他们观察到每个细胞中的某些蛋白结合到它们的靶基因上的方式存在差异。他们也观察到在胚胎发育的每个阶段,细胞行为存在差异。鉴于小鼠胚胎在发育早期阶段与人胚胎存在较强的相似性,这些发现表明植入前人胚胎内的各个细胞也是不相同的。

因此,这项发现改善了我们对早期胚胎发育的理解,并且突出表明IVF和PGD等辅助生殖方法如何可能进一步得到优化而确保成功地受精、顺利地怀孕和分娩。进一步开发实时成像技术可能最终能够让生育专家研究胚胎的微观性质和更加准确地决定一个胚胎是否适合植入,或者利用成像激光而不是物理性操纵对胚胎进行遗传异常筛查。这将能够更好地控制植入到母体的胚胎质量,从而通过更加高效地控制胚胎质量而潜在地增加这些辅助生殖方法的成功机会。

IMCB高级首席研究员Nicolas Plachta博士说,“大多数实验室通过侵入性方法研究胚胎细胞,但是这些侵入性方法不能够让胚胎活着。我们的实验室是世界上唯一一家在定量水平上对活的哺乳动物胚胎进行成像的实验室,这允许我们观察胚胎发育各个阶段的每个细胞。由于这项先进的技术,我们的发现提出新的认识模式,从而促进对未来的辅助生殖方法进行更加详细的显微分析。”(生物谷 Bioon.com)

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Long-Lived Binding of Sox2 to DNA Predicts Cell Fate in the Four-Cell Mouse Embryo

doi:10.1016/j.cell.2016.02.032

Melanie D. White3, Juan F. Angiolini3, Yanina D. Alvarez3, Gurpreet Kaur3, Ziqing W. Zhao, Esteban Mocskos, Luciana Bruno, Stephanie Bissiere, Valeria Levi, Nicolas Plachta

Transcription factor (TF) binding to DNA is fundamental for gene regulation. However, it remains unknown how the dynamics of TF-DNA interactions change during cell-fate determination in vivo. Here, we use photo-activatable FCS to quantify TF-DNA binding in single cells of developing mouse embryos. In blastocysts, the TFs Oct4 and Sox2, which control pluripotency, bind DNA more stably in pluripotent than in extraembryonic cells. By contrast, in the four-cell embryo, Sox2 engages in more long-lived interactions than does Oct4. Sox2 long-lived binding varies between blastomeres and is regulated by H3R26 methylation. Live-cell tracking demonstrates that those blastomeres with more long-lived binding contribute more pluripotent progeny, and reducing H3R26 methylation decreases long-lived binding, Sox2 target expression, and pluripotent cell numbers. Therefore, Sox2-DNA binding predicts mammalian cell fate as early as the four-cell stage. More generally, we reveal the dynamic repartitioning of TFs between DNA sites driven by physiological epigenetic changes.

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