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超高分辨探針實(shí)現(xiàn)人胚胎活體成像
        正確的胚胎植入前發(fā)育對(duì)于植入過程至關(guān)重要,小鼠胚胎發(fā)育的活體成像發(fā)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)小鼠胚胎早期發(fā)育的關(guān)鍵事件,但是由于基因操作的限制以及活體成像方法的缺乏而很難在人類中進(jìn)行研究。

       2023年7月5日,美國賓夕法尼亞大學(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。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)測或者遺傳檢測的胚胎活檢造成對(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)。

相關(guān)產(chǎn)品:

貨號(hào)

名稱

規(guī)格

SC101

SPY505-DNA

100 stainings

SC201

SPY555-DNA

100 stainings

SC202

SPY555-Actin

100 stainings

SC203

SPY555-Tubulin

100 stainings

SC204

SPY555-BG

35 nmol

SC205

SPY555-FastAct

100 stainings

SC301

SPY595-DNA

100 stainings

SC401

SPY620-DNA

100 stainings

SC402

SPY620-Actin

100 stainings

SC404

SPY620-BG

35 nmol

SC501

SPY650-DNA

100 stainings

SC503

SPY650-Tubulin

100 stainings

SC504

SIR650-BG

35 nmol

SC505

SPY650-FastAct

100 stainings

SC601

SPY700-DNA

100 stainings

SC604

SiR700-BG

35 nmol


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