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中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所李勁松研究組繼建立能穩定支持半克隆小鼠出生的「類精子細胞」單倍體細胞系之後，該研究團隊在單倍體細胞技術上又取得新突破，最新研究成果於11月17日在線發表在國際學術期刊《細胞研究》上。該研究從卵子中產生了能代替精子使用的單倍體胚胎幹細胞，並證明這些細胞能高效產生半克隆小鼠，從而簡化了單倍體胚胎幹細胞技術，促進單倍體胚胎幹細胞技術的廣泛應用。
2012年，李勁松研究組與徐國良研究組合作從小鼠的精子中建立了孤雄單倍體胚胎幹細胞系，並證明這些細胞能夠代替精子使卵母細胞「受精」產生半克隆小鼠。然而，單倍體細胞隨著體外培養傳代，特別是經過遺傳編輯後，逐漸丟失了產生半克隆小鼠的能力。2015年7月，李勁松研究組又通過在孤雄單倍體胚胎幹細胞中去除H19-DMR和IG-DMR後，建立了能穩定支持半克隆小鼠出生的「類精子細胞」單倍體細胞系。不過，建立精子來源的孤雄單倍體胚胎幹細胞系需要藉助複雜的核移植技術，這極大限制了單倍體細胞技術的應用。為此，研究人員嘗試是否能從卵子建立能代替精子使用的單倍體細胞系。
研究人員首先通過孤雌激活卵子的方法獲得了單倍體的孤雌發育的囊胚，並從中建立了6株孤雌單倍體胚胎幹細胞，隨後他們將其注入卵子中產生胚胎並移植到假孕小鼠的子宮內，然而所有的移植胚胎均不能發育成個體。為了解釋孤雌單倍體胚胎幹細胞為什麼不能支持半克隆小鼠的發育，研究人員比較了孤雌單倍體胚胎幹細胞與孤雄單倍體胚胎幹細胞的全基因組以及所有印記基因的表達，發現這兩類細胞具有非常相似的表達模式。研究人員通過進一步分析調控印記基因表達區域的甲基化狀況發現，卵子來源的孤雌單倍體胚胎幹細胞的雌性印記基因在細胞建立和傳代過程中會快速丟失，從而逐漸建立一種類似於精子來源孤雄單倍體胚胎幹細胞的基因表達模式。
基於研究組此前一項研究發現，在孤雄單倍體胚胎幹細胞中去除H19-DMR和IG-DMR後會產生「類精子細胞」的單倍體細胞系，因此，研究人員進一步嘗試是否在孤雌單倍體幹細胞中去除H19-DMR和IG-DMR也會產生相似的情況。令人驚奇的是，敲除H19-DMR和IG-DMR的孤雌單倍體幹細胞能高效支持半克隆小鼠的產生，達到15.5%的出生效率。而且，半克隆小鼠均能健康發育到成年並具有生育能力。
這一研究從卵子中產生了能代替精子使用的單倍體細胞，並證明這些細胞能高效產生半克隆小鼠，從而大大簡化了單倍體幹細胞技術，將促進單倍體幹細胞的應用。同時，研究成果提供直接證據證明印記基因的正常表達是胚胎發育的關鍵因素。接下來，研究人員仍需要進一步的研究來解釋H19和Gtl2這兩個印記基因調控半克隆胚胎發育的具體機制。
鍾翠青、謝振飛和尹奇為該文的共同第一作者，李勁松為通訊作者。參與該研究的合作單位和人員包括中科院-馬普學會計算生物學夥伴研究所研究員楊力等。該工作得到了國家科技部、國家基金委、中國科學院(幹細胞先導專項)以及上海市科委經費的支持。