2023年7月5日，美國賓夕法尼亞大學Nicolas Plachta研究組與Igenomix基金會Carlos Simon以及波士頓IVF-Eugin研究組合作在Cell上發(fā)表了文章Human embryo live imaging reveals nuclear DNA shedding during blastocyst expansion and biopsy，通過結合熒光染料以及實時活體成像揭示人類胚體發(fā)育過程以及染色體分離動力學特征，同時發(fā)現(xiàn)了人類胚胎非整倍體的出現(xiàn)源自于染色體分離的錯誤以及核DNA脫落。 

       全球生育率下降，因此體外受精（in vitro fertilization，IVF）的嬰兒出生數(shù)量呈現(xiàn)指數(shù)性增長。因此了解人類胚胎植入前機制對于胚胎發(fā)育以及胚胎質(zhì)量的衡量是非常關鍵的。但是目前通過基因操作以及微量注射DNA或者mRNA到人類胚胎中限制頗多，因此沒辦法在人體胚胎中進行熒光蛋白的表達從而實現(xiàn)活體成像。另外，大多數(shù)捐贈的人體胚胎處于囊胚期，已經(jīng)發(fā)育到100-200個細胞階段，也沒辦法進行顯微注射。因此，作者們思考如何進行人類胚胎的活體成像。

        為了創(chuàng)建無侵入性活體成像，作者們首先在活體胚胎植入前嘗試可透性的熒光染料，其中SPY650-DNA可以用于標記基因組DNA，而SPY55-actin用于標記肌動蛋白，兩種熒光標記具有很高的信噪比。此外，細胞周期持續(xù)時間、發(fā)育時間以及囊胚進展在熒光染料染色與未染色的胚胎中結果相似。這些結果說明了SPY650-DNA以及SPY55-actin可透性染料用于活體成像的無害性。另外，兩種染色染色的結果與顯微注射組蛋白H2B mRNA H2B-GFP以及肌動蛋白Utr-RFP所得到的標記結果類似（圖1）。因而通過使用高通透性染料作者們實現(xiàn)了避免遺傳操作進行活體胚胎成像的目標。

         通過對人體胚胎活體成像，作者們發(fā)現(xiàn)人體囊胚發(fā)育細胞分裂過程中會出現(xiàn)錯誤，染色體滯留（Lagging chromosomes）并最終形成微核。與小鼠胚胎發(fā)育不同的是，人類胚胎的非整倍體不僅源于有絲分裂期染色體分離錯誤，也源于DNA的脫落，導致細胞質(zhì)中出現(xiàn)DNA。另外，通過對DNA脫落時間進行分析，作者們發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象只會出現(xiàn)在囊胚擴張的時間段而不會更早出現(xiàn)。
        為了弄清楚囊胚發(fā)育中滋養(yǎng)外胚層細胞亞群中細胞分裂出現(xiàn)DNA脫落的原因，作者們對角蛋白絲的組織網(wǎng)絡進行分析。角蛋白在各種組織中提供對細胞核的支持【1】。作者們發(fā)現(xiàn)將針對角蛋白K8以及K18的siRNA進行2細胞期顯微注射，會導致其中一個細胞中角蛋白被破壞，并導致細胞核中DNA脫落增加，但是并不會影響caspase-3的陽性細胞數(shù)量。因此，該結果說明核周角蛋白表達較低滋養(yǎng)外胚層細胞更容易發(fā)生DNA脫落。核纖層蛋白LaminA在過表達K8以及K18 的胚胎中顯著增加，同時胞質(zhì)中DNA水平也降低。這些結果說明角蛋白提高對細胞核的保護作用，而機械應力會誘導DNA脫落。

       總的來說，作者們的工作通過兩種高通透性染料SPY650-DNA以及SPY55-actin實現(xiàn)了對人體胚胎的活體成像。用于臨床監(jiān)測或者遺傳檢測的胚胎活檢造成對人體胚胎的機械應力脅迫，增加DNA脫落的幾率，這一過程的機制與角蛋白對細胞核的支持作用相關。

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