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Natl Sci Rev | 打破认知!清华大学孟安明院士团队发现第二极体细胞在胚胎命运不对称中起重要作用

极体 (PB) 是卵母细胞减数分裂过程中挤出的微细胞,通常被认为是胚胎发育的非必需物质。因此,PBs已被广泛用作人类胚胎植入前遗传学诊断的重要材料。

2022年1月10日,清华大学孟安明院士团队在National Science Review(IF=17)在线发表题为“The second polar body contributes to the fate asymmetry in the mouse embryo ”的研究论文,该研究报告小鼠受精卵中的第二个 PB (PB2) 可能在细胞命运规范和植入后发育中发挥作用。编码多能性相关因子的 mRNA 子集在 PB2 中富集。受精后,新生蛋白可在 PB2 中合成,并在 2 细胞阶段之前从 PB2 转运至受精卵。

与其他卵裂球 (npbB) 相比,在 2 细胞阶段附着 PB2 的卵裂球 (pbB) 可能为胚泡中的内细胞团 (ICM) 谱系贡献了更多的后代。通过诺考达唑处理从合子中去除 PB2 或暂时阻断 PB2 和合子之间的物质交换似乎会导致 pbB 的 ICM 命运偏差的丧失。PB2 去除或诺考达唑治疗也会导致植入后发育异常。将 PB2 裂解物注射到去除 PB2 的 2 细胞期胚胎的 pbB 中可能会重置细胞命运偏好并挽救着床后发育。该研究数据共同表明,PB2 将区分小鼠受精卵最早的细胞命运不对称性,并且是植入后发育所必需的。

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多细胞的动物胚胎如何开始在空间上分化成不同的细胞命运是生物学中的一个基本问题。在果蝇、鱼和青蛙等非哺乳动物物种中,母体因素在卵母细胞中的不均匀分布在胚胎细胞的对称性破坏和体轴的建立中起关键作用。然而,在哺乳动物物种中,是否存在预测未来身体轴的不对称分布的母体因素仍然未知。
在小鼠胚胎中,囊胚在形态学上可见明显的不对称性,其内细胞团 (ICM) 将产生适当的胚胎,其外上皮层是具有胎盘命运的滋养外胚层。囊胚的不对称性可以追溯到 8-16 个细胞阶段的细胞极性和不对称细胞分裂,4 细胞阶段 Carm1 的不对称核丰度,甚至可以追溯到在 2 细胞阶段两个卵裂球之间的长链非编码 RNA LincGET不对称表达。目前尚不清楚哺乳动物受精卵的不对称性是否决定了早期发育过程中卵裂球的不对称命运。
在哺乳动物卵泡成熟的最后一步,成熟的卵母细胞(卵子)会挤出含有二倍体核和少量细胞质的第一极体(PB1)。受精后,卵核恢复第二次减数分裂,通过第二极体 (PB2) 的挤压消除一半的染色体。小鼠PB1在挤压后很快退化,而PB2可以存活三天。人们普遍认为哺乳动物的 PB1 和 PB2 不是胚胎发育所必需的。因此,极体活检已应用于植入前基因检测,以选择人类辅助生殖中的正常胚胎。
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PB2功能模型图(图源自National Science Review )
然而,早期的一些研究表明,早期囊胚中存活的PB2可能是与胚胎-非胚轴正交的囊胚双边对称轴的标志,并且胚泡中靠近PB2的ICM细胞更有可能成为植入后胚胎的远端内脏内胚层细胞。因此,该研究决定重新研究 PB2 对小鼠植入前胚胎的不对称命运建立以及植入后发育的必要性。
该研究报告小鼠受精卵中的第二个 PB (PB2) 可能在细胞命运规范和植入后发育中发挥作用。编码多能性相关因子的 mRNA 子集在 PB2 中富集。受精后,新生蛋白可在 PB2 中合成,并在 2 细胞阶段之前从 PB2 转运至受精卵。
与其他卵裂球 (npbB) 相比,在 2 细胞阶段附着 PB2 的卵裂球 (pbB) 可能为胚泡中的内细胞团 (ICM) 谱系贡献了更多的后代。通过诺考达唑处理从合子中去除 PB2 或暂时阻断 PB2 和合子之间的物质交换似乎会导致 pbB 的 ICM 命运偏差的丧失。PB2 去除或诺考达唑治疗也会导致植入后发育异常。将 PB2 裂解物注射到去除 PB2 的 2 细胞期胚胎的 pbB 中可能会重置细胞命运偏好并挽救着床后发育。该研究数据共同表明,PB2 将区分小鼠受精卵最早的细胞命运不对称性,并且是植入后发育所必需的。

参考消息:
https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwac003/6502375?searchresult=1#


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