Science发表卵子发育颠覆性发现

【字体: 时间:2016年02月29日 来源:生物通

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  Science杂志发表的最新研究表明,哺乳动物卵子会在早期阶段从未分化的姐妹细胞获取关键细胞组分,这可能是理解卵子独特属性的关键。过去人们一直以为这种现象只发生在低等动物中,这项研究颠覆了人们对哺乳动物卵子发育的认识。

  

生物通报道:Science杂志发表的最新研究表明,哺乳动物卵子会在早期阶段从未分化的姐妹细胞获取关键细胞组分,这可能是理解卵子独特属性的关键。过去人们一直以为这种现象只发生在低等动物中,这项研究颠覆了人们对哺乳动物卵子发育的认识。

在人类和其他动物中,只有卵子能够发展成为新的个体。女性一生只能生产少量的卵子,这是人类生殖能力的主要限制因素。理解卵子获得发育潜力的过程,不论在基础研究还是医学研究领域都很有意义。

卡内基科学研究所的Allan Spradling和Lei Lei认为,当哺乳动物卵巢内的一批生殖细胞聚集起来并且相互连通的时候,特定生殖细胞将获得成为卵子的机会。类似现象存在于较为低等的动物中,比如果蝇。果蝇大多数生殖细胞(哺育细胞)会把自己的细胞器和细胞质转移到一个细胞中,帮助它发展成为卵子。

虽然哺乳动物的卵巢也会发生这种生殖细胞聚集,但人们普遍认为这一事件只是进化留下的痕迹,并没有实际的功能。为此,研究人员对小鼠进行了深入研究。他们发现,小鼠卵巢内相互连通的生殖细胞也在交换细胞质和细胞器,包括线粒体、高尔基体和中心体。

小鼠的生殖细胞簇一般有五个生殖细胞,其中四个将大部分细胞器转移给第五个细胞,使其最终成为卵子。新细胞器合并在一起,形成了被称为Balbiani小体的结构。这种结构只存在于年轻卵子中,人们一直不清楚它的来源。研究显示,如果姐妹细胞之间的物质转移被阻断,基本上卵子就不能生成。这说明哺育细胞与未来卵子的细胞器转移是一个进化保守的过程,应该具有重要的功能意义。

那么,哺育细胞的这种牺牲对卵子有何帮助呢?研究人员指出,从姐妹细胞获得如此多的细胞材料,有助于卵子启动生长程序,发展成为哺乳动物体内最大的细胞。他们还认为,这种转移可能涉及了某些因子,“重编程”卵子的染色体,让其具有发展成胚胎的潜力。Balbiani小体本身也可能通过生产营养物质或者激素支持卵子的发育。受损细胞器可以在转移过程中移出,令卵子得到净化。

2014年12月Weizmann科学研究所和剑桥大学的研究小组实现了一项创举:他们在实验室中成功逆转了人类细胞的时钟,首次从多能干细胞获得了精子和卵子的“始祖”——原始生殖细胞(PGC)。在胚胎发育的最初几个星期,胚胎干细胞会分化为原始生殖细胞。几年前,日本研究人员用小鼠iPS细胞生成了原始生殖细胞。但生成人类原始生殖细胞的尝试一直没有取得成功。这项研究可以帮助人们深入理解胚胎发育的最早阶段,探索与生育问题有关的一些疾病,甚至开发新型的生殖技术。(更多详细信息参见:Cell里程碑成果:构建人类原始生殖细胞

2015年6月日本研究人员在Science杂志发表文章指出,脊椎动物的生殖细胞是成为精子还是卵子取决于一个遗传学开关,foxl3基因。研究人员对一种叫青鳉的小鱼进行研究。他们惊讶的发现,该基因丧失功能的雌性青鳉,卵巢中居然生成了精子。研究证实,这些精子功能正常可以繁殖出正常的青鳉后代。研究人员认为,foxl3基因在雌性生殖细胞中发挥作用,抑制生殖细胞分化成为精子。(更多详细信息参见:Science惊人发现:来自卵巢的精子

基因突变会导致精子缺乏,造成男性不育。由于睾丸中缺少功能性的生殖细胞,这些患者无法通过辅助生殖技术(比如IVF)拥有自己的后代,恢复他们的生育能力是一个很大的挑战。南京医科大学、中科院动物研究所的科学家们在这一方面取得了重要突破。他们将细胞重编程和基因组编辑结合起来,成功让缺乏精子的突变小鼠生成了功能性精子,并且拥有了自己的后代。这项发表在Cell Research杂志上的研究为人们揭示了一条新途径,有助于解决基因突变造成的男性不育。文章的通讯作者是中科院动物所研究员周琪、南京医科大学特聘教授沙家豪、和中科院动物所研究员赵小阳。(更多详细信息参见:中国学者获重要突破:精子缺乏也能繁衍后代

生物通编辑:叶予

生物通推荐原文:Mouse oocytes differentiate through organelle enrichment from sister cyst germ cells

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