科学家新发现:没有卵子受精,精子也能产后代
2016/09/18
精子在不受精的情况下也能产后代?如今科学家得出了肯定的回答,他们利用非卵细胞成功创造了胚胎,并且能生育后代。这意味着,也许有一天我们可以利用其它类型的细胞来创建胚胎,例如体细胞、皮肤细胞等。该研究也颠覆了传统的哺乳动物生育观。


当精子与卵子受精时,会发生许多染色体和DNA的改变事件,这种改变也被称为重编程。几个世纪以来,科学家们认为只有卵子能影响精子的重编程过程。然而,近日发表在《Nature Communications》杂志上的新研究首次利用非卵细胞成功创造了胚胎,且这种胚胎能生育出健康的且具有生育力的后代。

精子在不受精的情况下也能产后代

研究人员以孤雌胚胎作为研究起点——在缺少雄性配子基因组的情况下直接激活有减数分裂Ⅱ期卵子能够形成孤雌囊胚。尽管未受精,发生减数分裂的卵母细胞可通过化学诱导而进行正常的细胞分裂。

在化学诱导13小时后(在该时间段,细胞进行DNA复制以及为第一次细胞分裂做准备),研究人员利用卵胞浆内单精子注射技术(ICSI)将精子注射到卵母细胞中,它们均包含一个单倍体基因组,随着细胞周期的发展,胚胎分裂成两个细胞。

染色体在这两个细胞之间有多种可能的分配方式。研究人员选取了一个两细胞的胚胎,在这个胚胎中,其中一个细胞的染色体有一半来自卵母细胞一半来自精子,这也是最具有生存机会的细胞。随后研究人员摧毁了该胚胎中的另外一个细胞,通过这种方式创建的胚胎被称为“phICSI”。

此外,研究人员在减数分裂中期II时通过ICSI将精子注射到卵母细胞中,这也是受精时通常发生的过程,以此创建的胚胎作为对照组,并称为ICSI胚胎。在两细胞时期,研究人员摧毁每个ICSI胚胎中的一个细胞。

接下来,研究人员将phICSI和ICSI胚胎植入到假孕雌鼠体内。结果发现,phICSI胚胎组能存活的有10.4%,而ICSI胚胎组中有43.4%的存活率。研究人员还在化学诱导7小时和10小时后将精子注射到卵母细胞中,但发现生成的胚胎存活率要小得多。

首次表明,通过不同的表观遗传学途径来获得后代

除了观察生存能力,研究人员还研究了 phICSI 胚胎组和ICSI胚胎组中染色质的重组方式。精子重编程的步骤之一是将精子DNA中缠绕着的卵子组蛋白替换成精蛋白。研究人员发现,phICSI 胚胎组能正常进行组蛋白和精蛋白的交换,但重组还涉及到了其他的表观遗传学变化,且这种变化在 ICSI 胚胎组和 phICSI胚胎组中有差异。例如, phICSI胚胎组中母体染色质中的H3K9二甲基化水平较低。

巴斯大学的生物学家Anthony Perry是该研究的引领者,他说,“能生育后代的phICSI胚胎,几乎都是与ICSI胚胎组存在这些表观遗传学差异的胚胎,因此我认为这是非常重要的,因为它表明可以通过不同的表观遗传学途径来获得后代。”

美国密歇根Van Andel 研究所发育编程研究员Piroska Szabó对该研究评论道,“能培养正常且具有生殖能力的小鼠,这是非常惊人的,因为在这些案例中发生了很多的表观遗传学事件。”

颠覆传统观点

加拿大麦吉尔大学发育生物学家Hugh Clarke对该研究评论道,“研究人员表明,已经开始胚胎发育并进行分裂的卵母细胞仍能“改变”精子DNA,这种能力不仅限于受精时的卵子。”该研究质疑了孤雌囊胚不能长期发育的观点。Clarke 写道,“在该研究中,研究人员在孤雌胚胎中加入了父系基因组,使之具备了长期发育的能力,因此哺乳动物胚胎必须由精子和卵子受精而形成的观点被颠覆了。”

Clarke指出,在减数分裂中期II(ICSI胚胎组的注射精子时间)和第一次细胞分裂中期(phICSI胚胎组的精子注射时间),核膜破裂,核中的蛋白质如组蛋白溢出并被细胞利用,这些蛋白质对精子的重组是有必要的。他说,“精子在减数分裂中期使用这些蛋白,这属于正常的使用时间,但它还在有丝分裂中期使用这些蛋白,这也是这项研究的创新之处。”

Perry说,“这是首次通过向胚胎注射精子实现了足月发育。也许有一天我们可以利用其它类型的细胞来创建胚胎,例如体细胞、皮肤细胞等。”对于未来,研究人员打算进一步调查精子重编程的机制,并确定其在卵母细胞和孤雌胚胎进行有丝分裂时是否会有差异。

备注:本文根据The Scientist网站编译

推荐阅读:

Study: Mitotic Cells Can Reprogram Mouse Sperm

The babies with no mothers: Scientists discover how to make embryos from skin cells instead of eggs, making women redundant 

Scientists make embryos from non-egg cells

所有文章仅代表作者观点,不代表本站立场。如若转载请联系原作者。
查看更多
  • Mice produced by mitotic reprogramming of sperm injected into haploid parthenogenotes

    Sperm are highly differentiated and the activities that reprogram them for embryonic development during fertilization have historically been considered unique to the oocyte. We here challenge this view and demonstrate that mouse embryos in the mitotic cell cycle can also directly reprogram sperm for full-term development. Developmentally incompetent haploid embryos (parthenogenotes) injected with sperm developed to produce healthy offspring at up to 24% of control rates, depending when in the embryonic cell cycle injection took place. This implies that most of the first embryonic cell cycle can be bypassed in sperm genome reprogramming for full development. Remodelling of histones and genomic 5′-methylcytosine and 5′-hydroxymethylcytosine following embryo injection were distinct from remodelling in fertilization and the resulting 2-cell embryos consistently possessed abnormal transcriptomes. These studies demonstrate plasticity in the reprogramming of terminally differentiated sperm nuclei and suggest that different epigenetic pathways or kinetics can establish totipotency.

    展开 收起
  • Mice produced by mitotic reprogramming of sperm injected into haploid parthenogenotes

    Sperm are highly differentiated and the activities that reprogram them for embryonic development during fertilization have historically been considered unique to the oocyte. We here challenge this view and demonstrate that mouse embryos in the mitotic cell cycle can also directly reprogram sperm for full-term development. Developmentally incompetent haploid embryos (parthenogenotes) injected with sperm developed to produce healthy offspring at up to 24% of control rates, depending when in the embryonic cell cycle injection took place. This implies that most of the first embryonic cell cycle can be bypassed in sperm genome reprogramming for full development. Remodelling of histones and genomic 5′-methylcytosine and 5′-hydroxymethylcytosine following embryo injection were distinct from remodelling in fertilization and the resulting 2-cell embryos consistently possessed abnormal transcriptomes. These studies demonstrate plasticity in the reprogramming of terminally differentiated sperm nuclei and suggest that different epigenetic pathways or kinetics can establish totipotency.

    展开 收起
发表评论 我在frontend\modules\comment\widgets\views\文件夹下面 test