在自然環(huán)境中，哺乳動物通過嚴格的有性生殖繁衍后代，有效地保障種群的遺傳多樣性。但在農(nóng)業(yè)畜牧業(yè)、瀕危動物保護、寵物復(fù)制、疾病模型創(chuàng)制和再生醫(yī)學(xué)研究等諸多領(lǐng)域，人們往往需要獲得基因組遺傳物質(zhì)完全一致的個體。體細胞克隆技術(shù)便是通過將體細胞核移植到去核卵母細胞中，經(jīng)重編程形成全能性的胚胎，進而發(fā)育成與供體細胞核基因組完全相同的克隆動物。然而，長期以來，體細胞克隆技術(shù)因其克隆效率低下，嚴重制約了在實際生產(chǎn)和科研中的應(yīng)用。如何提高體細胞克隆效率是這一領(lǐng)域的核心問題。
近日，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所陸發(fā)隆團隊和中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心孫強、劉真團隊合作，在《先進科學(xué)》（Advanced Science）上發(fā)表了題為Efficient somatic cell nuclear transfer by overcoming both pre- and post-implantation epigenetic barriers的研究論文。該研究通過組合技術(shù)策略同時突破了體細胞克隆胚胎發(fā)育過程中著床前和著床后表觀遺傳障礙，實現(xiàn)了目前最高水平的小鼠體細胞克隆胚胎出生率，為哺乳動物高效體細胞克隆提供了一種切實可行的技術(shù)策略。
體細胞克隆胚胎具有完整的卵母細胞細胞質(zhì)以及與供體細胞一致的基因組DNA序列，其發(fā)育效率低下主要源于表觀遺傳異常導(dǎo)致的基因表達紊亂。此前有研究發(fā)現(xiàn)，在著床前體細胞克隆胚胎中存在H3K9me3、H3K4me3和組蛋白乙酰化等多種組蛋白修飾異常，干預(yù)這些異常組蛋白修飾可有效改善胚胎的著床前發(fā)育。進一步，有研究發(fā)現(xiàn)小鼠體細胞克隆胚胎中非典型基因印記缺失；進而通過在供體細胞中多基因雜合敲除以模擬主要非典型印記基因的印記表達狀態(tài)，證明修復(fù)非典型基因印記能有效改善體細胞克隆胚胎的著床后發(fā)育。然而，之前尚未有研究能同時解決著床前與著床后的表觀遺傳障礙，且現(xiàn)有用于修復(fù)著床后非典型印記的方法技術(shù)難度極大。
此項研究中，研究團隊通過對體細胞克隆胚胎施以組蛋白去乙酰化酶抑制劑曲古抑菌素A (TSA)處理，同時向胚胎中注射編碼H3K9me3去甲基化酶Kdm4d和H3K4me3去甲基化酶Kdm5b的mRNA干預(yù)異常組蛋白修飾，有效解決了體細胞克隆胚胎著床前發(fā)育表觀遺傳障礙。同時，利用四倍體補償技術(shù)替換了克隆胚胎的滋養(yǎng)層細胞，有效處理了克隆胚胎胎盤組織中非典型基因印記缺失問題，從而解決了體細胞克隆胚胎著床后發(fā)育表觀遺傳障礙。通過這種組合體細胞克隆胚胎表觀遺傳障礙干預(yù)技術(shù)策略，實現(xiàn)了體細胞克隆小鼠移植胚胎約30%的出生率。
該研究首次在單一體細胞克隆胚胎內(nèi)同時克服了著床前和著床后發(fā)育的主要表觀遺傳障礙，且無需對供體細胞進行額外的遺傳修飾，極大提高了哺乳動物體細胞克隆的整體效率，有望為今后大型哺乳動物通過體細胞克隆進行成本可控的高效繁殖提供新技術(shù)策略。
該研究得到科技部、中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金委等的支持。
研究方法示意圖
本文鏈接：新技術(shù)可突破表觀遺傳障礙實現(xiàn)高效體細胞克隆http://www.sq15.cn/show-12-1502-0.html
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