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修复基因印记异常大幅提高动物克隆效率

  体细胞核移植(Somatic Cell Nuclear TransferSCNT)是指通过显微操作,将单个体细胞的细胞核移植到去核的卵母细胞中的技术过程,也被称为克隆(Cloning)。卵母细胞的细胞质能将体细胞核转变为 全能状态,并发育成为完整的动物。 

 

  2017年,利用早期胚胎DNase-seq测序技术,Inoue Azusa,蒋岚和陆发隆在哈佛大学张毅实验室发现了H3K27me3控制的印记(亲本特异性单等位表达)的蛋白编码基因,其中四个(Sfmbt2Gab1Smoc1Jade1)在胎盘中被H3K27me3印记,在胎儿中不被印记(双等位表达)。并且随后张毅实验室发现该印记现象在克隆胚胎中缺失。然而这些印记异常是否对克隆动物的发育有影响以及修复该印记是否可以提高克隆效率仍然未知。

 

  在本研究中,研究人员利用小鼠单倍体干细胞作为敲除载体,利用基因编辑技术成功获得了携带四个H3K27me3印记基因单等位敲除的体细胞用以模拟这些基因印记表达状态。结果显示,这四个基因的印记模拟极大的提高了成纤维细胞克隆的效率,从0%(移植404枚野生型克隆胚胎出生0只)提高到最高14.2%(移植49枚四敲除克隆胚胎出生7只)。进一步研究发现,携带这四个基因印记模拟的实验组克隆小鼠的体重以及胎盘的重量与正常受精卵来源小鼠相似,没有普通克隆小鼠中常见的体重增加和胎盘增大的异常。表明胎盘中H3K27me3印记基因异常(双等位表达)是克隆动物体重和胎盘异常的重要因素。 

 

  本研究结果显示,胎盘的H3K27me3介导印记的异常可能是克隆胎盘过大这一常见克隆动物发育缺陷的重要贡献因素;由于成纤维细胞是猪、牛、猴等大动物克隆中的广泛使用的供体细胞,本研究的发现可能具有广泛的应用前景。 

 

  相关研究结果发表于《Cell Stem Cell》杂志,题目为“Overcoming Intrinsic H3K27me3 Imprinting Barriers Improves Post-implantation Development after Somatic Cell Nuclear Transfer” (doi.org/10.1016/j.stem.2020.05.014)。此研究由中国科学院动物研究所、干细胞与再生医学创新研究院与中国科学院遗传与发育生物学研究所等机构合作完成。中国科学院动物研究所、干细胞与再生医学创新研究院周琪研究员、李伟研究员及分子发育生物学国家重点实验室陆发隆研究员为文章的共同通讯作者。中国科学院动物研究所博士后王乐韵、李治琨、王立宾,博士生刘超、孙雪寒以及副研究员冯桂海为本文的共同第一作者。研究受科技部、国家自然科学基金委、中国科学院、博士后基金等项目的资助。 

    

:修复H3K27me3印记异常能提高克隆效率、改善克隆小鼠和克隆胎盘的发育表型