日本團隊:僅激活8個基因,小鼠幹細胞直接轉為可受精細胞

2020-12-20 澎湃新聞

只要激活8個基因來產生基因控制蛋白,就足以將小鼠幹細胞直接轉化為類卵細胞,這些細胞成熟後甚至可以像卵細胞一樣受精。

頂級學術期刊《自然》(Nature)最新發表的一項研究中,來自日本九州大學、日本理化學研究所(RIKEN)等團隊的研究人員報告了以上發現。

研究團隊稱,這些發現進一步加深了我們對卵子發育的理解,還可能對生殖醫學產生影響。

卵母細胞儲存在體內,在經歷多個階段發育成卵子後,即意味著已經做好受精的準備,這通常被認為創造新生命的第一步。毫無疑問,卵母細胞是非常獨特的,它們有能力產生出創造一個個體所需的200多種高度分化的細胞。科學家們提到,卵母細胞和它們的細胞質均是不同尋常的。生命科學史上科學家認為操縱它們的一個典型例子就是體細胞克隆,將體細胞的細胞核注入去除遺傳物質的卵子(這一過程被稱為體細胞核轉移(SCNT)),通過人工方法激活後再移植到代孕母體,就可以產生一個新的生命,著名的「多莉」羊就是這樣誕生。

因此,研究團隊認為,對卵母細胞及其發育的基本了解對推進生殖醫學和更好地掌握生命如何繁殖都很重要,但參與調控卵母細胞發育這一過程的基因的調控網絡目前尚不清楚。

九州大學醫學科學學院教授Katsuhiko Hayashi及其同事利用小鼠的胚胎幹細胞,確定了觸發卵母細胞生長所需的8個轉錄因子(調節基因表達的蛋白質)。然後他們誘導這8個轉錄因子在小鼠多能幹細胞中表達,測試它們是否足以驅動卵母細胞生長。

研究結果發現,這導致了類卵細胞的產生,他們將其命名為「直接誘導的卵母細胞樣細胞(directly induced oocyte-like cells)」。

「在引入少數幾個因子,我們就看到小鼠幹細胞那麼快速而簡單地形成了卵母細胞的形態,我最初是完全不相信的,但重複實驗證明它是真的。」在九州大學官網針對該研究的一份新聞稿中,研究論文的第一作者、九州大學助理教授Nobuhiko Hamazaki表示,「發現8個轉錄因子可以導致如此大的變化是相當驚人的。」

九州大學的團隊和日本理化學研究所(RIKEN)的研究人員合作後發現,無論是小鼠胚胎幹細胞,還是誘導多能幹細胞(iPS),都可以用他們的方法轉化成類卵母細胞。他們還發現,在某些情況下僅僅4個轉錄因子就能完成這一過程,但試驗可重複性下降。

Hayashi說,「幹細胞可以直接轉化成類卵細胞,而不需要遵循自然發生的相同步驟,這是非常了不起的。」

研究還顯示,當這項工作中獲得的類卵母細胞在體外與正常情況下卵母細胞周圍的其他細胞一起培養生長時,類卵母細胞會發育成結構上與成熟卵細胞相似的細胞,但它們沒有發生減數分裂,因此染色體的數目與正常卵子異常。

儘管出現上述情況,但研究仍然發現,成熟的類卵母細胞可以在體外受精,並表現出早期發育,有些甚至發展到8細胞階段。然而,超過這一時點的進一步發育就會受到影響。

研究團隊認為,從長遠來看儘管類卵母細胞的細胞核可能不可用,但這些累卵母細胞的細胞質將大有可為,如生殖生物學研究和線粒體替代療法等治療。「來自卵母細胞的細胞質在生殖生物學和醫學中是一種無價的資源,這種方法可以提供一種新的工具,無需任何侵入性過程就可以大量產生卵母細胞。」Hayashi評價道,「雖然這個過程對人類來說可能仍然要複雜得多,但這些在老鼠身上的初步結果非常有希望。」

(本文來自澎湃新聞,更多原創資訊請下載「澎湃新聞」APP)

相關焦點

  • 《自然》發表重要研究:8個基因把幹細胞就可變成受精的細胞?
    今日,一支來自日本的科研團隊在《自然》雜誌上發表論文——僅僅在小鼠幹細胞中增強8個轉錄因子的表達,就可以將幹細胞轉變為「類卵母細胞」。這些細胞可以受精,並分裂到胚胎發育的8細胞階段!卵母細胞可以被視作是卵子的前身。隨著在體內逐漸成熟,卵母細胞在經歷多個階段的發育後,會形成最終能受精的卵子。卵母細胞的發育對於生命的誕生具有舉足輕重的作用,然而科學家們對其基因調控網絡卻知之甚少。為了探尋卵母細胞發育背後的秘密,科學家們做了初步的表達分析,發現27個可能參與其中的轉錄因子。
  • Nature揭示:僅需8個轉錄因子,幹細胞可變身可受精的卵母細胞
    日本九州大學的研究人員通過分析小鼠卵母細胞的發育,揭開了調控卵母細胞生長的基因網絡的神秘一角,確定了8個足以觸發卵母細胞生長的轉錄因子。這些轉錄因子可直接將多能幹細胞轉化為卵母細胞樣細胞,並且轉化後的細胞能夠像卵母細胞一樣受精和分裂。卵母細胞是女性體內特有的生殖細胞,它的成熟是孕育生命過程的第一步。這種特殊的生殖細胞的細胞質內含有多種混合物質,能夠產生200多種人類發育所必須的高分化細胞。
  • 八個轉錄因子促幹細胞變身「類卵細胞」
    根據英國《自然》雜誌16日發表的一項幹細胞最新研究成果,日本科學家團隊證明:一組8個轉錄因子,可以在實驗室中將小鼠幹細胞轉化為類卵細胞。這些發現進一步加深了人類對卵子發育的理解,在應用角度上,。卵母細胞(未成熟的卵細胞)的發育分為多個階段,但參與這一過程的基因調控網絡尚不清楚。
  • 港大學者首次獲得豬擴增潛能幹細胞,可發育成任何類型細胞
    目前得到的胚胎幹細胞,是在受精卵發育成大約 100 個細胞的胚囊階段提取的,而榮獲 2012 年諾貝爾生理或醫學獎的誘導多能幹細胞,也只能發育成某些特定的細胞譜系。截至目前,胚胎幹細胞一般都是來自於最少有數十個細胞的著床前胚胎(又稱囊胚)。在囊胚形成前,胚胎細胞仍然具備分化成不同種類細胞的可能性,因此具有全能性特徵。
  • 八個轉錄因子促幹細胞變身「類卵細胞」,其成果將會對生殖醫學產生...
    根據英國《自然》雜誌16日發表的一項幹細胞最新研究成果,日本科學家團隊證明:一組8個轉錄因子,可以在實驗室中將小鼠幹細胞轉化為類卵細胞。這些發現進一步加深了人類對卵子發育的理解,在應用角度上,其成果將會對生殖醫學產生重要影響。卵母細胞(未成熟的卵細胞)的發育分為多個階段,但參與這一過程的基因調控網絡尚不清楚。
  • 【學術前沿】 裴端卿/劉晶揭示小鼠多能幹細胞始發態向原始態轉變...
    研究表明,小鼠的多能性幹細胞在信號維持和功能上存在兩種不同的狀態,分別是始發態(primed)的上胚層幹細胞(Epiblast stem cells, EpiSCs)和原始態(naïve)的胚胎幹細胞(Embryonic stem cells, ESCs)。
  • 蜂王漿的蛋白組分可維持小鼠胚幹細胞多能性|論文
    研究人員發現蜂王漿主蛋白1(MRJP1,亦稱Royalactin)是蜂王漿的功能成分,對其它物種具有調節作用,或能激活保守通路。不過,這些保守的細胞信號通路尚未被弄清。 圖2:Royalactin在小鼠胚胎幹細胞中驅動基態狀多能性狀態。
  • 廣州生物院揭示小鼠多能幹細胞始發態向原始態轉變過程的分子機制
    研究表明,小鼠的多能性幹細胞在信號維持和功能上存在兩種不同的狀態,分別是始發態(primed)的上胚層幹細胞(Epiblast stem cells, EpiSCs)和原始態(naive)的胚胎幹細胞(Embryonic stem cells, ESCs)。
  • 【科技前沿】袁鈞瑛團隊報導可同時抑制細胞死亡並激活自噬的小...
    【科技前沿】袁鈞瑛團隊報導可同時抑制細胞死亡並激活自噬的小分子化合物——激活自噬恢復細胞內穩態並清… 2020-09-24 17:00 來源:澎湃新聞·澎湃號·政務
  • 受精卵基因組何時激活?細胞大小說了算
    受精後,隨著時間的推移,個體細胞尺寸減小,合子基因組激活,觸發了早期胚胎蛋白轉錄。生活中處處存在著變化:處於休眠狀態的植物選擇在春天開花,或者一隻年輕的成蟲開始獨自捕食等等。在進行細胞分裂的早期胚胎中,細胞周期是由母體攜帶的RNA和蛋白質調控的,此時受精卵的基因組尚處於睡眠模式。然而,在胚胎發育早期的某個階段,這些合子細胞核會「醒來」,它們的基因組表達控制著隨後發生的生化過程。但是胚胎如何「識別」在何時發生這種轉變仍然是未知的。
  • 高紹榮、江賜忠團隊合作奉獻小鼠染色...
    圖1.SCNT胚胎基因組在短時間內由有絲分裂類中期轉變為減數分裂類中期在SCNT胚胎發育6小時進入類原核期(對應正常受精胚胎PN3時期)後,重新出現了較弱的區室結構和拓撲相關結構域(TADs)信號,這很可能是再次退出中期的結果。隨後,TADs信號在一細胞晚期逐漸減弱,直到2細胞早期降到最低值,在2細胞晚期到8細胞卵裂期逐步重新建立,直到囊胚期成熟(圖2)。
  • 日本筑波大學團隊成功製得心臟中胚層細胞
    【環球網報導 記者 王歡】據日本共同社8月10日報導,日本筑波大學教授家田真樹等的團隊在9日的美國科學雜誌上發表研究成果稱,在發生心肌梗死部位增殖的成纖維細胞中僅注入一種基因並激活後,便能成功轉換為能分化出各種心臟構成細胞的「心臟中胚層細胞」。
  • 日本科學家發現,只需8...
    而近期在《自然》上,日本九州大學的科學家們,又把「人造卵細胞」的課題向前推進了一步:對卵母細胞基因調控網絡進行的研究發現,只需要激活8個關鍵的轉錄因子,就能使小鼠幹細胞轉化為卵母細胞樣細胞!在本次研究中,九州大學團隊首先將小鼠胚胎幹細胞誘導分化為原始生殖細胞(PGC)樣細胞,然後讓這些細胞重現小鼠胚胎發育期中的生殖細胞分化,也就是卵子發生(Oogenesis)的過程,記錄過程中的轉錄因子表達動態改變。
  • Cell Stem Cell背靠背|吳軍等建立了一種全新的全能幹細胞
    在該文章中,通過同時激活 FGF/Erk, TGF-β/Smad, WNT/β-Catenin三條信號通路,科學家團隊首次建立了具有「Formative」特徵的穩定細胞系,並且通過實驗和多組學數據證實了,該細胞系的確是一種介於Nave和Primed之間的細胞狀態,分別並同時具備Nave 和Primed的一些特徵,可直接由
  • 將人幹細胞植入到人造小鼠卵巢中產生人卵子前體細胞
    2018年9月22日/生物谷BIOON/---在一項新的研究中,來自日本多家研究機構的研究人員利用人類幹細胞成功地在人工小鼠卵巢內部產生了人卵原細胞(oogonia)。作為生殖研究的一部分,科學家們一直在努力實現利用幹細胞製造人類卵子的目標--做到這一點將讓那些不能自然產生卵子的女性以另一種方式製造它們。但是實現這一目標一直是一條艱難的道路。研究人員面臨著道德和生物挑戰。但是,儘管存在這些困難,過去的研究工作已表明,利用幹細胞製造小鼠卵子並用小鼠精子加以受精是有可能實現的。
  • Nature communication:E3連接酶抑制ERK維持小鼠胚胎幹細胞乾性
    2015年6月4日訊 /生物谷BIOON/ --近日,中國科學技術大學吳緬教授帶領的研究團隊在國際學術期刊Nature Communication在線發表了一項最新研究進展,他們發現一種E3泛素連接酶在維持小鼠胚胎幹細胞方面具有重要作用
  • 人造卵細胞成為現實:使用轉錄因子重建卵母細胞轉錄網絡
    個體進入青春期發育階段後,原始卵泡被激活,一旦卵母細胞生長被觸發,大量的母體RNA和蛋白質就會合成並儲存在細胞質中。由此看來,卵母細胞的生長發生在從原始卵泡到初級卵泡的轉變過程中,且伴隨著基因表達的動態變化,但遺憾的是,迄今為止,科學家們對控制卵母細胞生長的基因調控網絡仍知之甚少。
  • 幹細胞分化神經元細胞,變身「超級替補」,讓失明小鼠恢復視力
    擅長基因編輯技術的楊輝研究組探索出了一條獨特路徑:他們從國外科研報導中發現了一種小巧的RNA編輯工具,可以比較安全地進入生物體內進行基因編輯,從而讓膠質細胞轉變成多能幹細胞,再重新分化成科學家需要的神經元細胞。
  • Nature重磅突破:人造卵細胞成為現實——使用轉錄因子重建卵母細胞...
    在這項研究中,林克彥(Katsuhiko Hayashi)等人通過研究小鼠卵母細胞體外發育系統中基因表達的變化並進行相關的功能篩選,由此確定了一組8種足以觸發卵母細胞生長的轉錄因子,每種轉錄因子都是從原始卵泡向初級卵泡過渡的關鍵。
  • 人造卵母細胞成現實科學家要用8個轉錄因子幫「造...
    研究人員於當地時間12月16日在《自然》(Nature)雜誌上報導稱,卵形細胞不能進行減數分裂,不能將染色體總數減半,但它們可以通過精子受精,然後分裂,直到達到胚胎發育的8個細胞階段。「這表明你可以直接從幹細胞轉化為卵母細胞。