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Science子刊意外发现:濒危雌鼠的iPS细胞可生成精细胞

2017/05/16 来源:生物探索
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导读
日本本土有一种濒临灭绝的大鼠——奄美刺鼠(Amami spiny rats,Tokudaia osimensis),无论雌雄都只携带一条X染色体。更意外的是,科学家们发现这一濒危雌刺鼠的皮肤细胞重编程而来的诱导性多能干细胞,能够随机分化出雌雄两种生殖细胞。


来源于雌刺鼠的多能干细胞能够随机分化出雌雄两种生殖细胞

对于大多数哺乳动物而言,雌性(女)含有两条相同的性染色体(XX),而雄性(男)含有一条X染色体和一条Y染色体(XY)。但是,自然之大,常常存在例外。日本本土有一种濒临灭绝的大鼠——奄美刺鼠(Amami spiny rats,Tokudaia osimensis),无论雌雄都只携带一条X染色体。

5月12日,Science子刊《Science Advances》发表一篇文章揭示,以这一特殊啮齿动物皮肤细胞为材料重编程而来的诱导性多能干细胞(iPSCs),能够在宿主嵌合体中随机分化成雌性生殖细胞和雄性生殖细胞。


濒危刺鼠Tokudaia osimensis生活的岛屿位置(图片来源:CARLA SCHAFFER/AAAS AND MIYAZAKI CITY PHOENIX ZOO)

刺鼠的性别命运随机?

为了弄清楚濒危刺鼠的性别决定机制,并找到方法阻止其灭绝,来自于日本宫崎大学的Arata Honda团队采集野生雌性刺鼠的皮肤细胞,经过多次尝试和改善后,培养获得诱导多能性干细胞。随后,他们将这些干细胞移入小鼠囊胚中(blastocysts),并将胚泡植入代孕小鼠体内。

研究人员对诱导性多能干细胞进行荧光标记,并以此观察干细胞在代孕小鼠体内的分化动态。结果显示,1/4胚胎和幼崽属于嵌合体。当他们研究成年嵌合体时,结果显示iPSCs分化成多种组织,包括棕色刺鼠皮肤和毛等。更重要的是,iPSCs可以分化成精细胞和卵细胞,但是分化出的生殖细胞数量相对较低。


种间嵌合体胚胎(图片来源:HONDA ET AL., SCI ADV, 3:E1602179, 2017)

这一结果意味着,雌性刺鼠的诱导性多能干细胞能够作为雄性生殖细胞的“新来源”。

来源于iPSCs的生殖细胞是否具备功能?

研究团队的下一步计划是确定“由iPSCs分化而来的生殖细胞是否具有功能”。

考虑到iPSCs分化成生殖细胞的效率有限,所以Honda团队希望进一步提高生殖细胞的生成效率。他希望能够将这一分化体系从嵌合体移至培养皿中,以便获得濒危刺鼠的精细胞、卵细胞以及最终的胚胎。

诱导性多能干细胞能够分化成雌性生殖细胞和雄性生殖细胞。这一研究的潜在价值远远超过保护刺鼠本身。Honda表示:“我们致力于保护物种、人工繁殖和辅助生殖的研究。但是,对于濒临灭绝的物种而言,更先进的遗传和生殖技术是我们挽救它们的必经之路。”

参考资料:

Fate of Rat’s Sex is Flexible

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