克隆的成功率一直很低,尤其在灵长类动物身上。今年年初报道的克隆猴“中中”、“华华”是低效率条件下存活的幸运儿——中国科学院上海神经科学研究所使用了127个卵细胞、21只代孕猴子,才得到“中中”和“华华”。如何提高克隆效率,是科学家们一直在探讨的问题。
研究者通常采用体细胞核移植技术实现克隆:把体细胞的细胞核取出来,放到一个去掉了细胞核的卵细胞中,利用卵细胞中的环境,帮助体细胞的基因获得非常类似于受精卵中的“状态”。克隆的效率不高,主要是供体细胞核的基因“状态”出了问题。
7月19日,美国哈佛医学院张毅领导的研究团队在《细胞·干细胞》刊发的一项研究指出,体细胞核移植克隆形成的胚胎中,原供体细胞核里的一种“印迹”的丢失可能导致了胚胎发育异常,存活率低。“这一研究为我们理解体细胞核移植技术的成功率受到哪些限制做出了有用的贡献。
”英国发育生物学家、2012年诺贝尔生理学或医学奖获得者约翰·格登告诉《知识分子》,“研究显示,通过同时克服H3K27me3修饰和它的印迹造成的抑制,核移植胚胎的存活率可能大大提高。”
2012年,张毅团队开始寻找体细胞核移植得到的小鼠胚胎中,哪些修饰出了错。2014年,他们发现,发生在组蛋白H3上的第9个氨基酸赖氨酸上的三甲基化修饰在核移植胚胎中存在异常。向核移植胚胎中注射移除这种修饰的蛋白质Kdm4d的信使RNA,可以修复这一异常,将小鼠克隆的成功率从不到1%提高到8%左右。
在7月19日发表的新研究中,张毅团队报道,同时采取敲除Xist基因和注射Kdm4d信使RNA两种措施,可以使小鼠体细胞核移植克隆成功率提高到20%左右。“张毅团队通过联用Kdm4d和基因敲除Xist,一度将克隆效率提高到20%,这一可观的数字意味着今后体细胞核移植技术有望更加高效地应用于疾病机制的研究以及临床药物的筛选。”同济大学生命科学与技术学院院长高绍荣评论说。
新的研究发现,H3K27me3印迹在核移植胚胎中并不存在,导致一些在胎盘和胚胎发育过程中起关键作用的基因同时表达了来自两个染色体的版本。这很可能是胎盘异常、发育停止等现象背后的原因之一。研究者还发现,核移植胚胎中H3K27me3印迹的缺失很可能来自供体细胞核本身,而不是发育过程导致的。因为相应区域在卵细胞的细胞核中已有H3K27me3修饰,而在各种类型体细胞的细胞核中都没有H3K27me3印迹。
那么,如何修复H3K27me3印迹的异常?张毅和同事仍在研究。至于修复后能将效率再提高多少,他谨慎地表示:“除非我们做了才能知道。”