生命的收缩：新发现重塑我们对胚胎形成的认识

生命的收缩：新发现重塑我们对胚胎形成的认识访问：Saily-使用eSIM实现手机全球数据漫游安全可靠源自NordVPN处于囊胚期准备植入的人类胚胎。细胞核包膜显示为蓝色，肌动蛋白细胞骨架显示为橙色。图片来源：JulieFirmin和Jean-LéonMaître居里研究所（CNRS/Inserm/InstitutCurie）遗传学和发育生物学小组的科学家们领导的一个跨学科研究小组在研究这一鲜为人知的现象的作用机制时发现了一个惊人的发现：人类胚胎的压实是由胚胎细胞的收缩驱动的。因此，压实问题是由于这些细胞的收缩能力有问题造成的，而不是像以前假设的那样是由于它们之间缺乏粘合力造成的。这一机制已在苍蝇、斑马鱼和小鼠身上发现，但在人类身上尚属首次。处于4细胞阶段的人类胚胎。细胞DNA显示为红色，肌动蛋白细胞骨架显示为蓝色。右侧的细胞刚刚将其基因组一分为二，即将分裂。资料来源：JulieFirminetJean-LéonMaître由于目前有近三分之一的人工授精不成功，研究小组希望通过提高我们对人类胚胎早期发育阶段的认识，为完善人工授精技术做出贡献。这些结果是通过绘制人类胚胎细胞的细胞表面张力图获得的。科学家们还测试了抑制收缩力和细胞粘附力的效果，并分析了收缩力有缺陷的胚胎细胞的机械特征。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430239.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430239.htm

为什么许多试管婴儿的胚胎无法正常发育？

为什么许多试管婴儿的胚胎无法正常发育？通过对近千个胚胎进行基因测试，科学家们对人类体外受精后胚胎的命运进行了最详细的分析。在所研究的胚胎中，近一半的胚胎由于早期发育过程中的遗传错误而导致发育停滞--这一启示性的见解表明，随着生育治疗过程的改变，可能会有更多的试管婴儿顺利出生。发育停滞胚胎数据的独特组合也为人们揭示了自然受孕的最初阶段的神秘面纱。作者、约翰-霍普金斯大学生物学助理教授拉吉夫-麦考伊（RajivMcCoy）说："我们认为这也发生在自然受孕过程中，这就是为什么平均需要几个月或更长时间才能怀孕的原因。令人非常惊讶的是，这些胚胎停育现象中的大多数并非来自卵子形成过程中的错误，而是来自受精后细胞分裂过程中发生的错误。这些错误并非来自卵子这一事实表明，也许可以通过改变体外受精的方式来减轻这些错误。"这项研究最近发表在《基因组医学》杂志上。约翰霍普金斯大学和英国伦敦妇女诊所的研究人员比较了受精后几天内未能发育的试管婴儿胚胎和存活下来的胚胎，寻找基因差异。麦考伊说："基因检测通常只针对存活下来的试管婴儿胚胎，以决定将哪个胚胎移植到子宫中。但从生物学的角度来看，如果我们想了解是什么让这些胚胎存活下来，那么我们也必须对所有其他胚胎进行检测"。这些发现揭示了一些胚胎是如何在母体遗传物质预载到卵子中控制细胞分裂时开始正常生长的，而当胚胎的基因接管时，胚胎的生长就会出现动摇和停滞。一种常见的异常细胞分裂的延时剪辑，胚胎从单细胞的原生体直接分裂成三个（而不是两个）细胞。新研究表明，这种异常分裂与染色体异常和胚胎停育密切相关。图片来源：克里斯蒂安-奥托里尼人类细胞通常接收46条染色体，父母各23条。研究小组发现，不能存活的胚胎一开始具有46条染色体组，但随着细胞分裂，染色体数目会发生变化。麦考伊说："一开始是否有额外的染色体缺失并不重要，因为母体机器正在控制一切。当胚胎的基因组开启时，就是事情出错的时候"。人类胚胎在早期发育过程中染色体的增减率异常高，被称为非整倍体。数十年来，科学家们通过对试管婴儿胚胎进行筛查，对非整倍体进行了研究，并清楚地认识到这些错误是人类妊娠失败的原因。由于非整倍体在许多其他物种中都很罕见，这些发现有助于解释为什么人类的妊娠损失和流产如此普遍。非整倍体是人类每一代都在进行的一种极强的自然选择的例子。这可能只是人类生殖和发育的一个特征，但它对试管婴儿有影响。因此，从长远来看，我们希望能改进基因检测，改善试管婴儿的结果。研究人员计划对被捕胚胎的特定细胞进行更多测试，以追溯染色体的起源，了解异常细胞分裂是否与母体或父体遗传有关。他们还希望更好地了解胚胎培养皿中的化学成分等因素是否能提高胚胎存活的机会。合著者、伦敦妇女诊所生殖医学顾问迈克尔-萨默斯（MichaelSummers）说："通过进一步了解导致胚胎停育的机制，我们有可能纠正很多此类问题。问题可能是常用培养基的化学成分无法让所有胚胎生长，细胞分裂异常是由于卵子和早期胚胎受到压力，导致与染色体异常有关的异常分裂。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388375.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388375.htm

麻省理工学院的科学家们为合成基因开发了一个新的控制系统

麻省理工学院的科学家们为合成基因开发了一个新的控制系统利用基于CRISPR基因编辑系统的方法，麻省理工学院的研究人员开发了一种新方法，可以精确控制哺乳动物细胞中产生的特定蛋白质的数量。资料来源：MatthewDaniels，由麻省理工学院新闻网在他们的新研究中，研究人员显示，这个系统可以在各种哺乳动物细胞中工作，且结果非常一致。描述这些结果的论文最近发表在《自然通讯》杂志上。"这是一个高度可预测的系统，我们可以预先设计，然后得到预期的结果，"前麻省理工学院研究科学家WilliamC.W.Chen说。"这是一个非常可调整的系统，适用于不同类型细胞的许多不同的生物医学应用"。现在是南达科他大学生物医学科学助理教授的Chen是这项新研究的主要作者之一，同时还有前麻省理工学院研究科学家LeonidGaidukov和博士后YongLai。高级作者TimothyLu作为麻省理工学院生物工程和电气工程及计算机科学副教授领导了这项研究。基因控制许多治疗性蛋白质，包括单克隆抗体都是在含有哺乳动物细胞的大型生物反应器中生产的，这些细胞被设计用来产生所需的蛋白质。几年前，麻省理工学院合成生物学中心的研究人员，包括Lu的实验室，开始与辉瑞公司合作开展一个项目，开发可用于促进这些有用蛋白质生产的合成生物学工具。为了做到这一点，研究人员瞄准了他们想要调高的基因的启动子。在所有的哺乳动物细胞中，基因有一个与转录因子结合的启动子区域--启动基因转录为信使RNA的蛋白质。在以前的工作中，科学家们设计了合成的转录因子，包括称为锌指的蛋白质结构模体，以帮助激活目标基因。然而，锌指和大多数其他类型的合成转录因子必须为它们所针对的每个基因重新设计，这使得它们的开发具有挑战性和耗费时间。2013年，Lu实验室的研究人员开发了一种基于CRISPR的转录因子，使他们能够更容易地控制哺乳动物和酵母细胞中自然发生的基因的转录。在新的研究中，研究人员着手在这项工作的基础上创建一个合成生物部件库，使他们能够传递转基因--一种细胞通常不表达的基因--并精确控制其表达。Chen说："我们的想法是拥有一个全谱系的合成启动子系统，可以从非常低的水平到非常高的水平，以适应不同的细胞应用。"研究人员设计的系统包括几个部分。一个是要转录的基因，以及一个"操作者"序列，它由一系列人工转录因子结合点组成。另一个组成部分是引导RNA，它与这些操作者序列结合。最后，该系统还包括一个连接到停用的Cas9蛋白的转录激活域。当这种失活的Cas9蛋白与合成启动子位点的引导RNA结合时，基于CRISPR的转录因子可以开启基因表达。用于该合成系统的启动子位点被设计成与自然发生的启动子位点不同，因此该系统不会影响细胞自身基因组中的基因。每个操作者包括2到16个拷贝的引导RNA结合位点，研究人员发现他们的系统可以以与结合位点数量线性对应的速率启动基因转录，使他们能够精确控制产生的蛋白质数量。高度一致性研究人员在几种类型的哺乳动物细胞中测试了他们的系统，包括中国仓鼠卵巢（CHO）细胞，这些细胞通常用于在工业生物反应器中生产治疗性蛋白质。他们发现在CHO细胞和他们测试的其他细胞中的结果非常相似，包括小鼠和大鼠的肌细胞（肌肉细胞的前体）、人类胚胎肾细胞和人类诱导多能干细胞。Chen说："该系统在不同的细胞类型和不同的目标基因上具有非常高的一致性。这是一个很好的起点，可以考虑用一个高度可调整、可预测的人工系统来调控基因表达和细胞行为。"在首先证明他们可以使用新系统诱导细胞产生预期数量的荧光蛋白之后，研究人员表明他们还可以用它来编程生产一种被称为JUG444的单克隆抗体的两个主要部分。研究人员还对CHO细胞进行编程，使其产生不同数量的称为抗PD1的人类抗体。当人类T细胞接触到这些细胞时，如果产生的抗体数量较多，它们会成为更有力的肿瘤细胞杀手。他们说，尽管研究人员能够获得所需抗体的高产量，但要将这一系统纳入工业流程，还需要进一步努力。与工业生物反应器中使用的细胞不同，这项研究中使用的细胞是生长在一个平面上，而不是在液体悬浮液中。"这是一个有希望用于工业应用的系统，但首先我们必须将其改造成悬浮细胞，看看它们是否能制造出同样的蛋白质。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333007.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333007.htm

人类胚胎模型可以帮助更道德地打开早期发育的"黑匣子"

人类胚胎模型可以帮助更道德地打开早期发育的"黑匣子"受精后8到10天，卵子通过输卵管，钻入子宫壁，标志着怀孕的开始（医学上）。植入后，胚胎继续生长发育。此时，主要器官和身体系统正在形成，发育中的胚胎很容易出现先天缺陷。出于伦理和技术原因，研究胚胎以深入了解其复杂的发育过程是非常困难的。不过，以色列魏兹曼科学研究院的研究人员可能已经找到了一种方法。这项研究的通讯作者雅各布-汉纳（JacobHanna）说："戏剧性的时刻在第一个月；怀孕的其余八个月主要是大量的生长。但第一个月在很大程度上仍是一个黑箱。我们的干细胞衍生人类胚胎模型为窥探这个黑箱提供了一种合乎道德且容易获得的方法。它密切模仿了真实人类胚胎的发育过程，尤其是其精致细腻的结构的出现。"研究人员借鉴了之前仅用干细胞制作合成小鼠胚胎模型的经验。与之前的研究一样，他们从多能干细胞开始，这种干细胞有能力分化成许多细胞类型，但不是所有。但研究人员对多能干细胞进行了重新编程，使其恢复到更早的状态，即所谓的天真状态，使其能够分化成任何类型的细胞。他们将幼稚多能干细胞分为三组。准备发育成胚胎的细胞保持原样。另外两组中的细胞只用化学物质处理--即基因未修改--开启某些基因，目的是使它们分化成维持胚胎所需的三种组织类型之一。混合后不久，细胞就聚集在一起，其中约1%的细胞自我组织成完整的胚胎状结构。汉娜说："根据定义，胚胎是自我驱动的；我们不需要告诉它该做什么--我们只需释放其内部编码的潜能。一开始就混合正确类型的细胞至关重要，而这些细胞只能来自没有发育限制的天真干细胞。一旦做到这一点，胚胎样模型本身就会说，'开始！'"。胚胎样结构在子宫外正常发育了8天，达到了相当于人类胚胎发育第14天的发育阶段，也就是自然胚胎获得结构、开始发育身体器官的阶段。研究人员发现，他们的胚胎模型在结构上与旧教科书中的天然人类胚胎相似。他们甚至还观察到了制造人绒毛膜促性腺激素（hCG）的细胞，这种激素用于妊娠测试，而且非常活跃。将这些细胞的分泌物用于家庭妊娠测试，结果呈阳性。"许多妊娠失败都发生在最初几周，往往是在妇女知道自己怀孕之前。这也是许多出生缺陷的起因，尽管它们往往在很晚的时候才被发现。我们的模型可以用来揭示确保这一早期阶段正常发育的生化和机械信号，以及这种发育可能出错的方式。他们的研究已经为未来的研究开辟了一个新方向。研究人员发现，如果胚胎在第三天（相当于自然胚胎发育的第10天）没有被胎盘形成细胞正确包裹，其内部结构就无法正常发育。"胚胎不是一成不变的，"汉娜说。"它必须在正确的组织中拥有正确的细胞，而且必须能够不断进步--这是关于存在和成为。我们的完整胚胎模型将帮助研究人员解决决定胚胎正常生长的最基本问题。"研究人员说，他们的胚胎模型可以揭示出生缺陷和不孕症类型的原因，还能带来培育移植组织和器官的新技术。它还可以提供一种不需要活胚胎的实验方法，例如确定药物对发育的影响。这项研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382241.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382241.htm

一个生物学奇迹：哈佛大学研究人员发现成年多能干细胞的胚胎起源

一个生物学奇迹：哈佛大学研究人员发现成年多能干细胞的胚胎起源尽管这些成体多能干细胞（aPSCs）存在于各种动物物种中，如海绵、水螅、平面扁虫、阿库尔蠕虫和一些海鞘，但它们如何产生的机制在任何物种中仍然是未知的。在发表在《细胞》杂志上的一项新研究中，哈佛大学有机和进化生物学系的研究人员已经确定了无尾熊虫（Hofsteniamiamia）形成APSCs的细胞机制和分子轨迹。图片显示胚胎的单个细胞是如何为这项研究专门和系统地转化为红色的。资料来源：JulianKimuraH.miamia，也被称为三带豹形虫，是一个可以使用被称为"新细胞"的APSCs完全再生的物种。将H.miamia切成碎片，每一块都会长出一个新的身体，包括从嘴巴到大脑的一切。高级作者MansiSrivastava教授多年前在野外收集了H.miamia，因为它具有再生能力。一旦回到实验室，H.miamia开始产生许多个体，可以很容易地进行研究。在Srivastava和合著者博士后研究员LorenzoRicci之前的一项研究中开发了一个H.miamia的转基因协议。转基因是一个将通常不属于生物体基因组的东西引入该基因组的过程。这种方法使主要作者JulianO.Kimura（22岁的博士）能够继续他的问题，即这些干细胞是如何产生的。研究人员发现，在能够再生的动物中，一个共同的特点是在成年体内存在多能干细胞，这些细胞负责在动物受伤时重新制造缺失的身体部位。通过了解像H.miamia这样的动物如何制造这些干细胞，可以更好地了解是什么让某些动物具有再生能力。一对细胞在16细胞阶段的胚胎转化为红色。随着时间的推移，细胞分裂出更多的细胞，进入胚胎内部，并形成孵化后的蠕虫的干细胞。资料来源：JulianKimura成年动物中的这些干细胞群有一些统一的特征，如表达一种叫做Piwi的基因。但到目前为止，还没有人能够弄清楚这些干细胞首先是如何产生的。"它们大多是在成年动物的背景下被研究的，"Srivastava说，"在一些物种中，我们知道一点它们可能是如何工作的，但我们不知道它们是如何制造的。"研究人员知道蠕虫幼体含有APSCs，因此推断它们一定是在胚胎发育过程中产生的。Ricci使用转基因技术创造了一个品系，由于将蛋白质Kaede引入细胞，使胚胎细胞发出荧光绿光。Kaede是可光转化的，这意味着用非常特定波长的激光束照射绿色会将其转化为红色,然后可以用激光照射细胞，将胚胎的个别绿色细胞变成红色。利用转基因动物的光转换是我们在实验室里设计的一个非常新的转折，以弄清胚胎细胞的命运。应用这种方法，研究人员通过让胚胎生长和观察所发生的事情来进行血统追踪。8细胞阶段的胚胎的一个单细胞转化为红色。随着时间的推移，该细胞分裂出更多的细胞，这些细胞最终构成了孵化出的虫子的大部分皮肤。资料来源:JulianKimuraKimura跟踪了胚胎的发展，因为它从一个细胞分裂到多个细胞。这些细胞的早期分裂以定型裂解为标志，这意味着胚胎到胚胎的细胞以完全相同的模式分裂，这样就可以对细胞进行一致的命名和研究。这提出了一种可能性，即也许每一个细胞都有一个独特的目的。例如，在八细胞阶段，有可能顶部、左角的细胞制造某种组织，而底部、右边的细胞则制造另一种组织。为了确定每个细胞的功能，木村系统地对早期胚胎的每个细胞进行了光电转换，在八细胞阶段创建了一个完整的命运图。然后，当蠕虫成长为仍然带有红色标签的成年时，他跟踪了这些细胞。在许多胚胎中反复跟踪每个细胞的过程使木村有可能追踪每个细胞的工作位置。在16个细胞阶段的胚胎中，他发现了一对非常特殊的细胞，这些细胞产生了看起来是新细胞的细胞。虽然这一发现很令人兴奋，但仍有一种可能性，即新细胞来自早期胚胎的多个来源，而不仅仅是在16个细胞阶段发现的两对。发现在外观上类似于新细胞的细胞并不能确定它们真的是新细胞，需要证明它们的行为也像新细胞。为了确定这一点，Kimura将这组特殊的细胞（在H.miamia中称为3a/3b）进行试验。为了成为新细胞，这些细胞必须满足干细胞的所有已知特性。这些细胞的后代在再生过程中是否在制造新组织？研究人员的新发现确认了这一事实，只有这些细胞的后代在再生期间制造新组织。另一个决定性的属性是干细胞的基因表达水平，它们必须有数百个基因表达。为了确定3a/3b是否符合这一特性，Kimura将3a/3b发红光的后代和所有其他细胞发绿光的后代，用一台分拣机将红绿细胞分开。然后他应用单细胞测序技术来询问，哪些基因在红细胞和绿细胞中被表达。该数据证实，在分子水平上，只有3a/3b细胞的后代与干细胞匹配，而不是任何其他细胞的后代。因此，研究人员可以明确确认，在他们的系统中找到了干细胞群的细胞来源。但是，重要的是，知道了干细胞的细胞来源后，就有办法在细胞成熟时捕捉它们，并确定哪些基因参与了制造它们。木村在单细胞水平上生成了一个巨大的胚胎发育数据集，详细说明了从发育开始到结束，哪些基因在胚胎的所有细胞中被表达。他允许转换后的3a/3b细胞进一步发展，但不是一直发展到孵化阶段。然后他使用分选技术捕获这些细胞。通过这样做，木村可以清楚地定义哪些基因在制造干细胞的细胞系中被特别表达。研究人员计划继续深入挖掘这些基因在Hofsteniamiamia的干细胞中是如何工作的机制，这将有助于告诉人们自然界是如何进化出一种制造和维持多能干细胞的方式。了解APSCs的分子调节器将使研究人员能够跨物种比较这些机制，揭示多能干细胞是如何在动物间进化的。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1339849.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1339849.htm

科学家从干细胞中创造出类似人类胚胎的模型

科学家从干细胞中创造出类似人类胚胎的模型但这一关键时期在很大程度上仍未被科学家和医生研究，因为胚胎仍然太小，无法在活体患者身上观察。接受试管婴儿的病人的捐赠可用于研究，但供应有限，而且要遵守严格的伦理法规。现在，剑桥大学和加州理工学院的科学家们已经开发出了新的人类胚胎3D模型，该模型由干细胞培育而成，以一种可以在实验室中轻松研究的方式模拟了第9天和第14天之间的发育。这个窗口以前只能在动物细胞中研究。图为由干细胞培育出的人类胚胎样模型在发育的第四天。该研究的主要作者MagdalenaZernicka-Goetz教授说："我们的人类胚胎样模型完全由人类干细胞创建，使我们能够在通常情况下由于小胚胎植入母亲的子宫而被隐藏的阶段看到发育结构。这一令人兴奋的发展使我们能够在一个模型系统中操纵基因以了解它们的发育作用。这将让我们测试特定因素的功能，这在自然胚胎中很难做到"。这些模型包含制造人类胚胎所需的大部分细胞，包括最终将形成自己的精子或卵子的生殖细胞的前体。它们还包含支持胚胎的细胞，包括那些继续形成胎盘、卵黄囊和羊膜囊的细胞。然而，出于道德原因，这些模型被制成缺少大脑和心脏跳动的细胞，因此它们不能发育到14天以上。这是为了遵守目前在实验室中培养人类胚胎的法律限制。这一里程碑是Zernicka-Goetz和她的团队十年来逐步改进小鼠胚胎模型的工作成果。其他研究人员，包括来自以色列魏茨曼科学研究所的一个团队，也将小鼠胚胎模型推到了心脏细胞跳动的程度。多个团队在这一领域的工作不断增加，可能有助于提高寻求受孕的夫妇的存活率，更好地治疗遗传疾病，以及用于移植的实验室培育的器官。这项新研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1367837.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1367837.htm