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Cell:科学家阐明受精卵早期发育的分子机制 有望理解生命起源的奥秘

来源:本站原创 2019-10-21 23:40

2019年10月22日 讯 /生物谷BIOON/ --尽管从学校毕业、找到人生第一份工作和结婚可能是人生中重要的事情,但一些最重要的事情往往发生地更早,即在精子与卵子结合、细胞开始分裂的最初几天里。受精卵前100个细胞(囊胚)的组织方式对于妊娠是否成功、器官形成甚至以后对个体疾病(比如阿尔兹海默病等)的发生都有着非常深远的影响;然而,截止到目前为止,研究人员并没有找到一个好的方法来模拟囊胚形成的方式。

图片来源:Salk Institute/Waitt Advanced Biophotonics Core Facility

近日,一项刊登在国际杂志Cell上的研究报告中,来自索尔克研究所等机构的科学家们通过研究首次从单个培养的细胞创造出了小鼠囊胚样结构,这一过程绕过了研究者对自然胚胎的需求。这些囊胚样结构拥有和天然胚泡相同的结构,其甚至能植入到子宫中,这或许就有望帮助研究人员研究人类机体发育、怀孕及不孕等健康问题。

研究者Juan Carlos Izpisua Belmonte教授表示,相关研究结果或能帮助我们理解生命的起源,一个细胞如何产生数百万个细胞,以及其如何在空间中组装形成一个完全发育的有机体的。一旦植入到子宫内,自然囊胚就能够发育成为胚胎,研究者对这一过程往往难以研究,问题在于,诸如小鼠等动物模型只会产生少量此类结构,而且科学家们也很难测试营养不良、毒素及多种基因突变对其发育的影响。

本文研究或有望帮助研究者深入探索早期发育缺陷的分子机制;这项研究中,研究人员利用胚胎样和成体小鼠细胞培育出了囊胚样结构,将成体细胞置于化学溶液中就能刺激其转变成为诱导多能干细胞(iPSCs),随后其就能分化称为几乎机体任何一种类型的组织。为了促进ips细胞转化称为囊胚样结构,研究人员将其置于特殊的培养物中,他们希望能够观察到在受精卵转变成囊胚前,细胞是如何开始形成与发育阶段类似的结构的。

随着时间延续,连接细胞会开始在内外两层形成球状结构,这些细胞面对着内部积累的蛋白质,这就使其与外部细胞变得不同,而向外的细胞也会开始激活一种名为YAP的蛋白,该蛋白能进入到细胞核中开始诱导多种蛋白质进行表达,最终形成胎盘。这种特殊的囊胚样结构能够模拟胚胎天然的发育过程,其中含有在原始囊胚中相同的三种原始细胞类型,其能够表现出类似的基因表达特征,进一步研究表明,这些囊培养结构最终会进一步发育称为类似于植入后早期胚胎的结构。

下一步研究者将会利用基因编辑工具来理解囊培养结构中的遗传改变如何影响三种不同类型细胞的功能,其也能作为一种新型模型来帮助检测药物疗法的功效。这种囊胚样结构并不会发育称为功能性胚胎,相反细胞会发育为一种无组织的组织结构。研究者认为,随着后期进一步优化,本文所使用的新技术或能帮助产生完整的囊胚样结构,其也能够发育成为不同器官原基形成的阶段,进而成为类器官的种子,有望作为器官移植的宝贵资源。生命起源对于人类而言仍然是一个谜题,而本文中研究者所使用的囊胚样结构培养技术有望为理解生命的起源提供新的线索和思路。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Ronghui Li,Cuiqing Zhong,Yang Yu, et al.Generation of Blastocyst-like Structures from Mouse Embryonic and Adult Cell Cultures, Cell (2019) doi:10.1016/j.cell.2019.09.029

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