生化与细胞所研究发现克隆动物出生率低的关键原因

2011-4-12 10:33 来源: 中国科学院
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  自体细胞克隆技术问世以来,克隆胚胎发育成个体的效率一直很低。以小鼠为例,50-70%的核移植重构胚胎在体外能发育成囊胚,但是,将这些囊胚移入假孕小鼠子宫内,只有3%左右的囊胚能发育成克隆动物。那么,为什么大部分克隆囊胚不能发育成个体呢?一种假说认为,克隆囊胚滋养外胚层存在的重编程异常细胞是克隆胚胎发育失败的主要原因。然而,这一假说一直没有被直接证实,最近的一些间接证据显示这一假说可能并不正确。

  4月8日,国际著名学术期刊Cell Stem Cell发表了中科院上海生命科学研究院生化与细胞所李劲松研究组林江维等人的最新研究成果,他们对这一假说进行了直接的验证,确证克隆囊胚滋养外胚层存在的重编程异常细胞是克隆胚胎发育失败的关键原因,进而通过修复这些缺陷使克隆动物出生效率提高了6倍。

  为了验证这一假说,李劲松研究组采用了一种被称为四倍体胚胎补偿的技术。四倍体胚胎补偿技术是将四倍体胚胎与二倍体胚胎聚合成一个胚胎,在聚合胚胎的发育过程中,四倍体的细胞绝大部分发育成胚外组织,而胎儿则是由二倍体发育而来。该技术通常用于挽救二倍体胚胎由于胎盘发育缺陷导致的发育失败。林江维等人认为,如果克隆囊胚滋养外胚层的确存在重编程异常细胞,并导致克隆胎儿发育的失败,那么通过四倍体胚胎补偿技术就能够显著提高克隆胎儿的出生效率。他们先将一个克隆胚胎与两个四倍体胚胎聚合在一起,发现聚合胚胎的出生率提高了2.6倍。这说明当克隆滋养外胚层嵌入具有正常功能的四倍体细胞后,克隆胎儿的发育率得到了明显的改善。然而,在这一实验中,异常的克隆滋养外胚层细胞仍然存在于胚外组织中,会对胎儿的发育产生不利的影响。因此,他们预测将克隆囊胚的滋养外胚层细胞全部替换成四倍体细胞会进一步提高克隆动物的出生率。为此,他们采用免疫手术法去掉克隆囊胚的滋养外胚层细胞,然后将分离出来的内细胞团细胞与两个四倍体胚胎进行聚合,结果发现克隆动物的出生率提高了6倍。最后,他们又做了一个相反的实验,即将正常囊胚的内细胞团细胞与两个克隆来源的四倍体胚胎进行聚合,发现出生率与直接核移植后的克隆小鼠出生率相似。这些结果充分证明了克隆囊胚的滋养外胚层中存在重编程异常细胞并影响胎儿的发育。

  这一结果对核移植研究领域的发展具有重要的意义,也为提高动物克隆效率以及核移植技术在人口健康领域(治疗性克隆)的应用提供了重要的理论依据。

  该项工作得到了国家科技部、国家基金委、中国科学院以及上海市科委经费的支持。