盤(pán)點(diǎn)獲年度科技突破的胚胎研究在2016年的進(jìn)展
胚胎相關(guān)研究在本年度成為炙手可熱的內(nèi)容,突破性的進(jìn)展吸引了不少眼球。Science雜志通過(guò)11000張讀者投票,在今年年底刊登出讀者所選的5項(xiàng)“年度科技突破”。其中體外胚胎發(fā)育首次超越一周存活13天名列五項(xiàng)之一??萍既?qǐng)?bào)“2016年國(guó)際十大科技新聞解讀”其中一條就是:人類(lèi)胚胎基因編輯實(shí)驗(yàn)首獲許可。今天我們就在這篇文章中盤(pán)點(diǎn)一下2016年中胚胎相關(guān)研究有哪些進(jìn)展吧。
5項(xiàng)突破之一
Nature等:體外培養(yǎng)人類(lèi)胚胎獲突破已達(dá)法規(guī)上限
Self-organization of the in vitro attachedhuman embryo
Self-organization of the human embryo inthe absence of maternal tissues
人類(lèi)胚胎發(fā)育研究出現(xiàn)里程碑式突破。美國(guó)洛克菲勒大學(xué)和英國(guó)劍橋大學(xué)的研究小組分別在5月4日的Nature和Nature Cell Biology發(fā)表了相關(guān)文章稱(chēng), 已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室成功培養(yǎng)了自受精后13天的人類(lèi)胚胎,打破了以前9天的記錄。這一成就已經(jīng)使科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了早期人類(lèi)發(fā)育的新方面,包括人類(lèi)胚胎中重未見(jiàn)過(guò)的特性。該技術(shù)能夠幫助確定為什么一些人懷孕會(huì)失敗。很多國(guó)家和科學(xué)團(tuán)體禁止對(duì)14天以上的人類(lèi)胚胎進(jìn)行研究,考慮到這個(gè),研究者在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)之前結(jié)束了他們的實(shí)驗(yàn)。(詳細(xì))
十大新聞之一
世界首例“官方批準(zhǔn)”人類(lèi)胚胎編輯或通過(guò),首選方向?yàn)楦纳撇辉兄委煟?/strong>
據(jù)Science及BBC網(wǎng)站報(bào)道,最火的基因編輯技術(shù)CRISPR可能很快就要用于人類(lèi)胚胎研究了。
1月14日,英國(guó)的一個(gè)監(jiān)管委員會(huì)將評(píng)估一項(xiàng)世界矚目的申請(qǐng),倫敦Francis Crick 研究所的研究人員申請(qǐng)用CRISPR技術(shù)敲除日齡胚胎(day-old embryos)中的發(fā)育基因。在當(dāng)日的新聞發(fā)布會(huì)上,申請(qǐng)者Kathy Niakan闡述了她所提議研究背后的基本原理,希望這一研究路線有一天可以改善不孕治療(詳細(xì))。
今年2月1日,英國(guó)人工授精與胚胎學(xué)管理局(HFEA)發(fā)表一份聲明——“準(zhǔn)許倫敦弗蘭西斯?克里克研究所凱茜博士更新其實(shí)驗(yàn)室有關(guān)研究的許可證,包括胚胎的基因編輯”——首次批準(zhǔn)了“在人類(lèi)胚胎上使用基因編輯技術(shù)”。
5月,干細(xì)胞研究領(lǐng)域最大的國(guó)際學(xué)術(shù)團(tuán)體——國(guó)際干細(xì)胞研究學(xué)會(huì)(ISSCR)推出了研究指南,其核心是:所有涉及對(duì)人類(lèi)胚胎進(jìn)行人為操縱的研究,都應(yīng)接受特殊的“胚胎研究監(jiān)督”程序;呼吁科研人員應(yīng)繼續(xù)遵守在體外培養(yǎng)人類(lèi)胚胎不超過(guò)14天的慣例;支持在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)人類(lèi)精子、卵子或胚胎進(jìn)行基因編輯,但現(xiàn)階段不能應(yīng)用于臨床……
兩機(jī)構(gòu)旗幟鮮明、前呼后應(yīng),在力促相關(guān)研究按科學(xué)規(guī)范進(jìn)行的同時(shí),緩解了國(guó)際社會(huì)的憂慮(詳細(xì))。
胚胎基因編輯進(jìn)展
有一就有二?全球第二例人類(lèi)胚胎基因編輯現(xiàn)身中國(guó)
Introducing precise genetic modificationsinto human 3PN embryos by CRISPR/Cas-mediated genome editing
最近,中國(guó)科研人員發(fā)表了一項(xiàng)有關(guān)人類(lèi)胚胎基因編輯方面的研究,讓全球科學(xué)家的神經(jīng)再一次被挑動(dòng)。該研究由廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第三醫(yī)院范勇領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)完成。雖然論文發(fā)表在一般人不熟悉、影響因子不超過(guò)2的學(xué)術(shù)雜志——《輔助生殖與遺傳學(xué)期刊》上,但卻引來(lái)國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊以及媒體的關(guān)注(詳細(xì))。
Science重磅:CRISPR“直擊”胚胎生長(zhǎng)過(guò)程,下一步也許就是癌癥!
Whole organism lineage tracing bycombinatorial and cumulative genome editing
5月26日,發(fā)表在Science上的一項(xiàng)研究中,哈佛大學(xué)的發(fā)育生物學(xué)家Alexander Schier和他的同事設(shè)計(jì)了一種在發(fā)育動(dòng)物中標(biāo)記和追蹤細(xì)胞的新方法。在首次測(cè)試中,研究人員利用CRISPR技術(shù)揭示了一項(xiàng)驚人的發(fā)現(xiàn),即成年斑馬魚(yú)中的許多組織和器官僅僅是從幾個(gè)胚胎細(xì)胞形成的。科學(xué)家們將這一新技術(shù)稱(chēng)為GESTALT(Genome Editing of Synthetic Target Arrays for Lineage Tracing),它有望幫助闡明單細(xì)胞最終發(fā)展成動(dòng)物的過(guò)程;同時(shí),GESTALT還有望揭示癌癥研究中的重要問(wèn)題,如多少前體細(xì)胞引發(fā)了腫瘤,擴(kuò)散的癌癥細(xì)胞如何與最初的腫瘤相關(guān)等(詳細(xì))。
打破禁忌!瑞典科學(xué)家率先用CRIPSR編輯健康人類(lèi)胚胎
編輯人類(lèi)胚胎是CIRSPR這一顛覆性技術(shù)最受爭(zhēng)議的應(yīng)用之一。在發(fā)生了中國(guó)科學(xué)家發(fā)表全球首篇基因編輯人類(lèi)胚胎論文、英國(guó)率先批準(zhǔn)編輯人類(lèi)胚胎研究等事件后,這一領(lǐng)域算是平息了一段時(shí)間。然而,9月22日,據(jù)Science網(wǎng)站推薦新聞稱(chēng),瑞典科學(xué)家Fredrik Lanner已經(jīng)開(kāi)始編輯健康人類(lèi)胚胎了。具體來(lái)說(shuō),他將通過(guò)“關(guān)閉”胚胎中的一些基因,探索這些基因在早期發(fā)育中的作用(詳細(xì))。
胚胎發(fā)育研究
Cell:受精卵發(fā)育第二天,胚胎細(xì)胞分化就已經(jīng)出現(xiàn)差異
Heterogeneity in Oct4 and Sox2 TargetsBiases Cell Fate in 4-Cell Mouse Embryos
細(xì)胞出現(xiàn)差異性分化的時(shí)間點(diǎn)一直未知。3月24日發(fā)表在《Cell》上的一篇研究文章揭示,早在受精卵發(fā)育第二天——4細(xì)胞胚胎階段,細(xì)胞內(nèi)的基因表達(dá)就已經(jīng)出現(xiàn)差異。
其中,調(diào)控胚胎干細(xì)胞多能性和自我更新功能的關(guān)鍵基因Oct4和Sox2的下游基因Sox21的表達(dá)差異尤為突出。當(dāng)Sox21基因表達(dá)活性降低后,調(diào)控細(xì)胞發(fā)育成胎盤(pán)的下游基因網(wǎng)絡(luò)將會(huì)被激活(詳細(xì))。
Nature揭示胚胎細(xì)胞的命運(yùn)抉擇
Asymmetric division of contractile domainscouples cell positioning and fate specification
歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室(EMBL)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),對(duì)于胚胎中的細(xì)胞而言,成為嬰兒身體的組成部分而不是胎盤(pán)的秘密在于更大程度地收縮及繼續(xù)舞蹈。發(fā)表在《自然》(Nature)雜志上的這項(xiàng)研究,可能有一天會(huì)對(duì)輔助生殖產(chǎn)生影響。
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)在小鼠胚胎中細(xì)胞是移動(dòng)到中間還是留在表面取決于它可以多么強(qiáng)烈地收縮。通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室結(jié)合計(jì)算機(jī)建模和一些實(shí)驗(yàn),科學(xué)家們確定了向內(nèi)移動(dòng)的細(xì)胞比它們的鄰居收縮的強(qiáng)度至少高1.5倍。那么為什么一些細(xì)胞會(huì)比另一些細(xì)胞更大程度地收縮呢?EMBL的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),答案是它們接受了不相等的遺傳物質(zhì):不同數(shù)量的頂端蛋白(apical protein),這些分子阻止了細(xì)胞收縮(詳細(xì))。
AJHG:復(fù)旦大學(xué)王磊課題組發(fā)現(xiàn)人類(lèi)早期胚胎停育致病基因
Mutations in PADI6 Cause Female InfertilityCharacterized by Early Embryonic Arrest
8月19日,復(fù)旦大學(xué)王磊課題組在國(guó)際著名遺傳學(xué)雜志《美國(guó)人類(lèi)遺傳學(xué)雜志》上發(fā)表了最新研究成果,揭示了人類(lèi)早期胚胎停育致病基因——PADI6,為早期胚胎停育機(jī)制的認(rèn)識(shí)及相應(yīng)疾病的精確診斷向前推進(jìn)了一步。
本研究中,在3個(gè)隱性遺傳家系中,研究者發(fā)現(xiàn)了PAID6基因的純合及復(fù)雜合突變。PADI6蛋白為皮質(zhì)母源復(fù)合體(Subcortical Maternal Complex, SCMC)的重要組成部分,皮質(zhì)母源復(fù)合體多個(gè)成員的基因敲除鼠模型已表現(xiàn)為早期胚胎停育的表型(詳細(xì))。
徐國(guó)良院士Nature發(fā)文,破解胚胎發(fā)育背后的秘密
TET-mediated DNA demethylation controlsgastrulation by regulating Lefty–Nodal signaling
10月19日,Nature雜志在線發(fā)表了徐國(guó)良院士的論文,第一次在體內(nèi)證明了DNA甲基化及其氧化修飾在小鼠胚胎發(fā)育過(guò)程中具有重要功能,揭示了胚胎發(fā)育過(guò)程中關(guān)鍵信號(hào)通路的表觀遺傳調(diào)控機(jī)理,為發(fā)育生物學(xué)提供了新的認(rèn)識(shí)。
在這一研究中,科學(xué)家小組發(fā)現(xiàn),TET雙加氧酶介導(dǎo)的DNA去甲基化與DNMT介導(dǎo)的甲基化共同作用,通過(guò)調(diào)控Lefty-Nodal信號(hào)通路控制小鼠胚胎原腸運(yùn)動(dòng)(詳細(xì))。
生殖領(lǐng)域
PNAS:破解體外受精胚胎缺陷的謎團(tuán)
Micronucleus formation causes perpetualunilateral chromosome inheritance in mouse embryos
當(dāng)一個(gè)精子與一個(gè)卵子在試管內(nèi)受精時(shí),所獲得的胚胎往往有缺陷。1月4日在《PNAS》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)研究中,加拿大蒙特利爾大學(xué)醫(yī)院研究中心(CRCHUM)的研究人員,發(fā)現(xiàn)了理解“發(fā)育的胚胎如何會(huì)發(fā)生這些異常現(xiàn)象”的一個(gè)重要元素。研究人員發(fā)現(xiàn)在小鼠發(fā)育的胚胎中,含有錯(cuò)誤染色體數(shù)目的細(xì)胞通過(guò)微核的方式進(jìn)行分裂和延續(xù)(詳細(xì))。
Nature子刊:早期胚胎異常不一定影響后代健康
Mouse model of chromosome mosaicism revealslineage-specific depletion of aneuploid cells and normal developmentalpotential
3月29日,劍橋大學(xué)的研究人員在《NatureCommunications》上表明胚胎早期細(xì)胞異常并不意味著新生兒一定攜帶先天性缺陷,如唐氏綜合征等??茖W(xué)家研究表明,胚胎早期異常的細(xì)胞可通過(guò)細(xì)胞凋亡被淘汰,取而代之的是健康細(xì)胞,在許多情況下能完全修復(fù)胚胎。在真實(shí)的案例中:四分之一的胎盤(pán)細(xì)胞異常,卻能生育健康的寶寶??茖W(xué)家們通過(guò)將含有正常細(xì)胞的8-細(xì)胞胚胎與細(xì)胞異常的胚胎混合,構(gòu)建了非整倍體小鼠模型,發(fā)現(xiàn)正常細(xì)胞取代了凋亡的異常細(xì)胞,最終使整個(gè)胚胎的細(xì)胞都正常(詳細(xì))。
沉睡18年的胚胎蘇醒,中國(guó)最“抗凍”寶寶出生
據(jù)中國(guó)青年報(bào)報(bào)道:6月27日,中國(guó)最“抗凍”寶寶誕生。當(dāng)這名中國(guó)最“抗凍”寶寶還是一枚胚胎的時(shí)候,曾在復(fù)旦大學(xué)附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院上海集愛(ài)遺傳與不育診療中心安靜地“沉睡”了18年,直到去年11月初,被該中心的醫(yī)生“喚醒”,并成功移植(詳細(xì))。
NEJM重磅成果!山大陳子江團(tuán)隊(duì)首次證明凍存胚胎移植活產(chǎn)率更高
Fresh versus Frozen Embryos for Infertilityin the Polycystic Ovary Syndrome
8月11日,山東大學(xué)副校長(zhǎng)、生殖醫(yī)學(xué)研究中心主任陳子江教授課題組在《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》上表明,與新鮮周期胚胎移植相比,胚胎凍存后移植可以明顯提高新生兒活產(chǎn)率,這標(biāo)志著多囊卵巢綜合征臨床治療研究在國(guó)際上取得重大突破,為臨床輔助生殖技術(shù)全胚冷凍策略應(yīng)用的安全性、可靠性提供了科學(xué)依據(jù),具有重要里程碑意義(詳細(xì))。
胚胎干細(xì)胞
Nature:新型胚胎干細(xì)胞,只有一半基因組
Derivation and differentiation of haploidhuman embryonic stem cells
二倍性是哺乳動(dòng)物的一個(gè)基本遺傳特性,單倍體細(xì)胞往往只出現(xiàn)在生殖細(xì)胞中。3月16日,發(fā)表在《自然》雜志上的一項(xiàng)研究中,科學(xué)家們成功生成了一種只攜帶單拷貝人類(lèi)基因組的新型胚胎干細(xì)胞。
研究人員分析了一批來(lái)自單倍體卵母細(xì)胞的人類(lèi)孤雌生殖胚胎干細(xì)胞系,成功分離和培養(yǎng)了攜帶正常單倍體染色體組型的人類(lèi)胚胎干細(xì)胞系。單倍體人類(lèi)胚胎干細(xì)胞表現(xiàn)出典型的多能干細(xì)胞特征,如自我更新能力以及多能特異性分子信號(hào)。此外,研究人員還證明了這類(lèi)新型干細(xì)胞可作為功能缺失基因篩選平臺(tái)使用(詳細(xì))。
Nature:靈長(zhǎng)類(lèi)的胚胎干細(xì)胞多能性更勝一籌
A developmental coordinate of pluripotencyamong mice, monkeys and humans
8月24日在線發(fā)表在Nature上的一篇研究文章展示了干細(xì)胞多能性在小鼠、猴子和人類(lèi)的不同,表明某些靈長(zhǎng)類(lèi)干細(xì)胞的多能性要優(yōu)于一些來(lái)源于小鼠的類(lèi)型,第一次說(shuō)明了靈長(zhǎng)類(lèi)干細(xì)胞發(fā)育的對(duì)應(yīng)產(chǎn)物。
京都大學(xué)的研究小組對(duì)食蟹猴著床前后的外胚葉發(fā)育進(jìn)行了分析,他們發(fā)現(xiàn)基因表達(dá)譜在著床前后變化得最快,保持了一組獨(dú)特的多能性基因和獲得了神經(jīng)元分化的特性。另外一個(gè)發(fā)現(xiàn)是猴子的胚胎保持多能性比小鼠在著床后至少多一個(gè)星期(詳細(xì))。
胚胎嵌合體
PLOSBlogs:揭開(kāi)黑匣子,“胚胎嵌合體”的更多秘密
Zygotes segregate entire parental genomesin distinct blastomere lineages causing cleavage-stage chimerism and mixoploidy
卵子受精及受精卵依附在子宮內(nèi)壁的那一刻會(huì)發(fā)生什么,人們對(duì)此知之甚少,這也成為了發(fā)育生物學(xué)的黑匣子?!禛enome Research》雜志第五期報(bào)道了一種意想不到的現(xiàn)象——胚胎中有些細(xì)胞的基因組全來(lái)自父本,而有些細(xì)胞的基因組全來(lái)自母本(詳細(xì))。
人類(lèi)干細(xì)胞與豬類(lèi)DNA結(jié)合,人豬“合體”胚胎可存活28天
據(jù)6月6日的BBC和每日郵報(bào)報(bào)道英國(guó)科學(xué)家宣布成功完成了人類(lèi)干細(xì)胞與豬類(lèi)DNA結(jié)合實(shí)驗(yàn),成長(zhǎng)的胚胎被放入實(shí)驗(yàn)豬的體內(nèi),存活期長(zhǎng)達(dá)28天,不過(guò)尚未有成型的具有人體功能的器官誕生。
長(zhǎng)期以來(lái),在動(dòng)物體內(nèi)培植人體器官存在兩大難關(guān),一為人體本身會(huì)對(duì)外來(lái)器官產(chǎn)生排異反應(yīng);二為器官移植可能導(dǎo)致動(dòng)物細(xì)菌轉(zhuǎn)移到人體。不過(guò)現(xiàn)在,科學(xué)家已經(jīng)解決了這兩大難題,他們成功破解了豬的胰腺細(xì)胞DNA,通過(guò)將準(zhǔn)確基因序列植入人體空白干細(xì)胞內(nèi)從而決定胚胎的未來(lái)變化?;旌虾蟮募?xì)胞將被放入成年母豬的體內(nèi),最終成長(zhǎng)為人類(lèi)胰腺器官(詳細(xì))。
數(shù)據(jù)集和方法學(xué)
Science:人類(lèi)胚胎發(fā)育免費(fèi)在線互動(dòng)式3D圖集建成
An interactive three-dimensional digitalatlas and quantitative database of human development
在荷蘭阿姆斯特丹的學(xué)術(shù)醫(yī)療中心的一組研究人員創(chuàng)造了一個(gè)更新的互動(dòng)式3D圖集,描繪了人類(lèi)從受孕到兩個(gè)月發(fā)育的各個(gè)階段。他們的論文發(fā)表在11月25日的Science上,研究人員列出了醫(yī)學(xué)文本過(guò)時(shí)的原因,他們?nèi)绾谓鉀Q這個(gè)問(wèn)題,新的3D圖集的特點(diǎn)以及它可能對(duì)未來(lái)的醫(yī)療研究工作意味著什么。該圖集對(duì)公眾免費(fèi)開(kāi)放(詳細(xì))。
三維成像告訴你:胚胎植入之初,小鼠子宮內(nèi)發(fā)生了哪些變化?
Insights from imaging the implanting embryoand the uterine environment in three dimensions
雖然我們對(duì)胚胎發(fā)育了解頗多,但是胚胎發(fā)育初期子宮內(nèi)部環(huán)境的變化仍然有很多未知。近期,加州大學(xué)舊金山分校的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一套三維成像體系,通過(guò)將成像技術(shù)與3D分析軟件結(jié)合,首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)小鼠胚胎植入初期子宮的可視化觀察,展現(xiàn)了子宮內(nèi)膜結(jié)構(gòu)在受孕初期的變化
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