Cell:已證實人類胚胎發育二細胞階段已然不對稱

2024年5月13日,來自美國加州理工學院Magdalena Zernicka-Goetz研究團隊在學術期刊《細胞》發表了標題為“ The first two blastomeres contribute unequally to the human embryo.”的研究成果,發現前兩個卵裂球對人類胚胎的貢獻不均等。

據悉,根據對人類譜系的回顧性重建預測,體內克隆的嚴重失衡可追溯到2細胞階段的胚胎。然而,這種克隆不對稱是否以及如何在胚胎中產生尚不清楚。

受精卵第一次分裂后,會產生兩個胚泡細胞(blastomere),這被稱為胚胎的2細胞階段。隨后,胚泡細胞會持續呈指數分裂,經歷4細胞、8細胞、16細胞等階段,直到胚胎形成包含內細胞團和滋養外胚層的囊胚(Blastocyst)結構。

以往普遍認為,在16細胞階段以前,哺乳動物胚胎中所有細胞都是相同的,對囊胚的各個結構的形成有著均等的貢獻。它們直到發育后期才開始分化,最終由囊胚發育成外、中、內三個胚層,外胚層最終發育成機體的神經、皮膚等組織,中胚層發育成心臟、血液、肌肉和骨骼等組織,內胚層則發育成肺、肝、胰腺和腸等內臟器官。

2001年,發現小鼠胚胎中的前兩個細胞是不同的。兩個細胞中的一個分裂成主要構成小鼠胎兒大部分的后代細胞,而另一個細胞的后代主要形成為早期胚胎提供營養的卵黃囊(Yolk sac)。

為了探究在人類中是否也如此,本次研究中,在患者同意的情況下,Zernicka-Goetz和她的團隊從一個體外受精診所中獲得了54個尚未完全完成第一次分裂的受精卵。研究人員讓受精卵在實驗室中分裂,并用一種熒光蛋白標記其中一個產生的胚泡細胞。這使他們能夠追蹤發育中的每個胚泡細胞的后代。

 

亮點

·人類胚胎從2-細胞到胚泡階段的譜系追蹤

·大部分上胚層僅來源于一個2細胞期卵裂球

·早期不對稱分裂是控制胚胎克隆組成的瓶頸

·第一次分裂的2細胞卵裂球在8細胞階段產生更多的不對稱分裂

 

研究人員利用實時成像、非侵入性細胞標記和計算預測對人類胚胎進行了前瞻性譜系追蹤,以確定每個2細胞期卵裂球對上胚層(身體)、下胚層(卵黃囊)和滋養層(胎盤)的貢獻。研究人員發現,大多數上胚層細胞只來源于2細胞期胚胎的一個卵裂球。研究人員觀察到,只有一到三個細胞在8-16個細胞階段過渡時被內化。

此外,這些內化的細胞更多來自2細胞期第一個分裂的細胞。研究人員認為,早期胚胎中的細胞分裂動力學和細胞內化瓶頸決定了未來人體克隆組成的不對稱性。這一發現不僅為理解人類胚胎早期發育的基本機制提供了新的視角,也為輔助生殖技術和胚胎工程領域的應用研究提供了重要參考。未來,進一步研究這些早期發育過程中的調控機制,將有助于提高人類生殖健康和疾病治療的精準性和有效性。

 

文章來源:

Sergi Junyent, Maciej Meglicki, Roman Vetter et al, The first two blastomeres contribute unequally to the human embryo.DOI: 10.1016/j.cell.2024.04.029,Cell:最新IF:66.85

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