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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

时间:2021-04-19 18:03:34

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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

受精卵,指的是精卵相会。这个过程就是受精的过程。受精过程约需24小时。当一个获能的精子进入一个次级卵母细胞的透明带时,受精过程即开始。到卵原核和精原核的染色体融合在一起时,则标志着受精过程的完成。

以人为例,精子与卵子在输卵管里会合后,形成一个受精卵,生命开始了。卵子受精后,分裂为两个细胞,大约每隔12小时分裂一次。这团细胞从输卵管进入子宫时,分泌出液体,于是膨胀成一个空心球,叫做胚泡。这个空心球在几天内会变成两层,球内含有微量液体,细胞团堆在球的一侧。球壁以后会变成胎盘和羊膜,里面的细胞则会变成胎儿。受精卵靠输卵管的收缩来到子宫,输卵管内壁的许多纤毛,不断推动管内的液体,对输送受精卵也起辅助作用。一般在排卵后4天左右受精卵到达子宫腔,约在卵子脱离卵胞的第9天,胚胎钻进子宫内膜,发育长大。(卵裂,桑椹胚)受精卵进行有丝分裂称卵裂。其形成的细胞陈卵裂球,因受精卵外面仍包有透明带,多次卵裂后,致使细胞数量增加而胞体越来越小,受精后第3天形成了12~16个卵裂球的实心球,形似桑椹称桑椹胚。在卵裂的同时,由于输卵管平滑肌的收缩,管壁上皮细胞纤毛的摆动,形成管内液体流,使受精卵逐渐向子宫方向移动,桑椹胚继续分裂,并由输卵管进入子宫腔。

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。

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),随后其就能分化成为几乎机体任何一种类型的组织。为了促进ips细胞转化成为囊胚样结构,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。

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