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       2023年7月5日，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)Nicolas Plachta研究組與Igenomix基金會(huì)Carlos Simon以及波士頓IVF-Eugin研究組合作在Cell上發(fā)表了文章Human embryo live imaging reveals nuclear DNA shedding during blastocyst expansion and biopsy，通過結(jié)合熒光染料以及實(shí)時(shí)活體成像揭示人類胚體發(fā)育過程以及染色體分離動(dòng)力學(xué)特征，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了人類胚胎非整倍體的出現(xiàn)源自于染色體分離的錯(cuò)誤以及核DNA脫落。 

       全球生育率下降，因此體外受精（in vitro fertilization，IVF）的嬰兒出生數(shù)量呈現(xiàn)指數(shù)性增長(zhǎng)。因此了解人類胚胎植入前機(jī)制對(duì)于胚胎發(fā)育以及胚胎質(zhì)量的衡量是非常關(guān)鍵的。但是目前通過基因操作以及微量注射DNA或者mRNA到人類胚胎中限制頗多，因此沒辦法在人體胚胎中進(jìn)行熒光蛋白的表達(dá)從而實(shí)現(xiàn)活體成像。另外，大多數(shù)捐贈(zèng)的人體胚胎處于囊胚期，已經(jīng)發(fā)育到100-200個(gè)細(xì)胞階段，也沒辦法進(jìn)行顯微注射。因此，作者們思考如何進(jìn)行人類胚胎的活體成像。

        為了創(chuàng)建無侵入性活體成像，作者們首先在活體胚胎植入前嘗試可透性的熒光染料，其中SPY650-DNA可以用于標(biāo)記基因組DNA，而SPY55-actin用于標(biāo)記肌動(dòng)蛋白，兩種熒光標(biāo)記具有很高的信噪比。此外，細(xì)胞周期持續(xù)時(shí)間、發(fā)育時(shí)間以及囊胚進(jìn)展在熒光染料染色與未染色的胚胎中結(jié)果相似。這些結(jié)果說明了SPY650-DNA以及SPY55-actin可透性染料用于活體成像的無害性。另外，兩種染色染色的結(jié)果與顯微注射組蛋白H2B mRNA H2B-GFP以及肌動(dòng)蛋白Utr-RFP所得到的標(biāo)記結(jié)果類似（圖1）。因而通過使用高通透性染料作者們實(shí)現(xiàn)了避免遺傳操作進(jìn)行活體胚胎成像的目標(biāo)。

         通過對(duì)人體胚胎活體成像，作者們發(fā)現(xiàn)人體囊胚發(fā)育細(xì)胞分裂過程中會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，染色體滯留（Lagging chromosomes）并最終形成微核。與小鼠胚胎發(fā)育不同的是，人類胚胎的非整倍體不僅源于有絲分裂期染色體分離錯(cuò)誤，也源于DNA的脫落，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)中出現(xiàn)DNA。另外，通過對(duì)DNA脫落時(shí)間進(jìn)行分析，作者們發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象只會(huì)出現(xiàn)在囊胚擴(kuò)張的時(shí)間段而不會(huì)更早出現(xiàn)。
        為了弄清楚囊胚發(fā)育中滋養(yǎng)外胚層細(xì)胞亞群中細(xì)胞分裂出現(xiàn)DNA脫落的原因，作者們對(duì)角蛋白絲的組織網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析。角蛋白在各種組織中提供對(duì)細(xì)胞核的支持【1】。作者們發(fā)現(xiàn)將針對(duì)角蛋白K8以及K18的siRNA進(jìn)行2細(xì)胞期顯微注射，會(huì)導(dǎo)致其中一個(gè)細(xì)胞中角蛋白被破壞，并導(dǎo)致細(xì)胞核中DNA脫落增加，但是并不會(huì)影響caspase-3的陽性細(xì)胞數(shù)量。因此，該結(jié)果說明核周角蛋白表達(dá)較低滋養(yǎng)外胚層細(xì)胞更容易發(fā)生DNA脫落。核纖層蛋白LaminA在過表達(dá)K8以及K18 的胚胎中顯著增加，同時(shí)胞質(zhì)中DNA水平也降低。這些結(jié)果說明角蛋白提高對(duì)細(xì)胞核的保護(hù)作用，而機(jī)械應(yīng)力會(huì)誘導(dǎo)DNA脫落。

       總的來說，作者們的工作通過兩種高通透性染料SPY650-DNA以及SPY55-actin實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體胚胎的活體成像。用于臨床監(jiān)測(cè)或者遺傳檢測(cè)的胚胎活檢造成對(duì)人體胚胎的機(jī)械應(yīng)力脅迫，增加DNA脫落的幾率，這一過程的機(jī)制與角蛋白對(duì)細(xì)胞核的支持作用相關(guān)。

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