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通过灵长类动物发现X染色体上基因表达量的修正机制

日期:2022-03-11 17:18作者:admin

通过灵长类动物发现X染色体上基因表达量的修正机制

1.生殖保健的重要性

最近,人们一直认为,出生率下降开始影响日本各个领域,必须认真采取措施,重建接受出生率下降的社会,但在医学领域,与出生率下降有关的研究正在蓬勃发展。

这是生殖医学的一个分支,主要关注生育治疗等旨在解决"想要孩子,但不给孩子"的研究。

由于不孕不育的敏感内容,确切的数字没有达到可预测的程度,但相当多的夫妇患有不孕不育问题。

与过去相比,生育治疗取得了长足的进步,但随着以iPS细胞为代表的干细胞作为研究材料的分发,它正进入一个新的阶段。

由于生殖细胞来自体内的精子和卵子的生殖干细胞,因此,如果生殖干细胞或生殖干细胞向生殖细胞的步长出现问题,则经常发生不育。

此外,生殖干细胞及其发生仍有许多未知因素,澄清这些干细胞对生殖医学非常有用。

2.阐明X染色体上的基因表达校正

京都大学高等学园人类生物学高级研究中心(Kyoto大学生物学)中心主任斋藤东彦教授和冈本裕弘教授的研究小组在《科学》上发表了关于生殖细胞基因的研究报告。

哺乳动物有两种类型的性染色体:X染色体和Y染色体。

男性(男性)是X染色体,Y染色体是XY型,雌性(女性)是XX型,X染色体是两条。

这意味着雌性拥有X染色体的X染色体是男性的两倍,因此来自X染色体的基因量是男性的两倍。

Y染色体序列上的基因约为80个,X染色体序列上大约有800个基因。

X染色体上的基因称为X链基因,换句话说,雌性拥有X链基因产物的量是雄性基因的两倍。

为了补偿雄性和雌性X链基因产物量的差异,雌性在两条X染色体中停用了一条。

这种机制称为X染色体失活。

另一方面,为了补偿两条常染色体之间的差异,有一个称为"X链基因向上调节"的系统,将X链基因的表达水平提高一倍。

在小鼠中,受精在胚胎发育的早期阶段进行,但X染色体基因量校正发生在植入前后的胚胎(受精卵发育的胎儿的原型)。

X染色体失活需要XIST基因的表达,但该基因仅在受精后的两个细胞阶段从父亲的X染色体表达。

这种表达使父亲的X染色体在囊胚阶段被所有组成细胞灭活,从而抑制基因表达。

来自父亲的X染色体失活继续在形成胎盘的胚胎体外部维持,但在表观爆炸(构成未来身体所有未分化状态的细胞群)中,X染色体被重新激活,然后从父亲和母亲的X染色体随机失活。

人类是与小鼠相同的哺乳动物,但它们表现出一些令人尴尬的运动。

XIST基因在植入前胚胎中从父亲和母亲的X染色体中表达,但X链基因的表达抑制不会发生。

因此,目前还不清楚X染色体基因产物量校正何时以及如何发生。

这项研究的目的是利用食蟹猴作为模型动物,并阐明人类属灵长类动物早期发育过程中X染色体基因量校正的机制和程序。

3.食蟹猴的研究成果

在食蟹猴中,XIST基因从父亲和母亲的染色体中表达出来,就像人类一样。 然而,X链基因的表达抑制没有发生。

我们发现,这个阶段的机制与人类的机制相同。

因此,我们分析了XIST基因和X链基因在早期植入胚胎中的表达。

结果表明,XIST基因在卵黄囊中的表达,从父亲到母亲,在胚胎体外部,从植入到第二天,在胚胎外,如胎盘,并在第4天到第6天写,最终在蛋黄囊中,X链基因的表达被抑制。

在此期间,X链基因的表达水平从植入前20天增加到与常染色体相同的水平。

此外,研究小组还对受精前的生殖细胞进行分析。

对分化成生殖细胞的原生殖细胞进行分析后发现,XIST基因的表达在分化初期就有所下降,基因表达是从X染色体诱导的。

此外,在原发生殖细胞进入生殖脊后,XIST基因的表达开始恢复。

4.这项研究的澄清

这项研究首次揭示了早期发育过程和原生殖细胞分化过程中的X染色体基因量校正程序,这些基因量在哺乳动物小鼠中是未知的,但在灵长类动物中是未知的。

在阐明这些机制时,我们经常预测小鼠和大鼠的结果是否适用于人类,因此,我们很少能像这次那样,用与人类相同的灵长类动物来阐明它们,并得出更接近人类的结果。

随着iPS细胞及其应用技术的发展,从人类细胞构建iPS细胞,诱导目标细胞从iPS细胞分化,用于研究已成为一种常见的研究方法。

然而,在人工培养系统中复制和研究生殖细胞和受精后胚胎发育的方法尚未开发出来。

因此,在灵长类动物中,有一种用实验模型生物食蟹猴进行分析的情况。

然而,许多实验室无法开展灵长类研究,因为它们必须解决高成本和道德问题。

因此,这项研究具有重大价值,但研究人员希望进一步阐明灵长类动物X染色体基因量校正程序在分子水平上的控制机制。

如果我们能够在培养条件下重现X染色体失活,就像我们在小鼠身上看到的一样,那么将来我们可以开展一些研究,给我们带来巨大的期望。

5.未来的研究发展和技术发展

从这一研究成果中可以预期发展起来的任何新的研究和技术都可能导致生育治疗。

首先是技术发展,诱导生殖细胞从iPS细胞分化。

由于生殖细胞发育不足,男性无法提供受精所需的精子数量,而女性的卵子不完整是生育的主要原因。

为了解决这些问题,有必要分析生殖细胞发育过程的分子控制机制,并澄清过程中的具体情况。

此外,虽然与不孕不育没有直接关系,但通过促进植入前后胚胎培养方法的技术开发,可以预期研究可以解决人类在植入前后胚胎发育超过,因此不能不植入而继续怀孕的问题。

此外,一旦分子机制被阐明,参与的基因、蛋白质及其相互作用被揭示出来,就可以确定不孕不育的原因,而这种不孕症以前是未知的。

在不孕不育的诊断中,通过分析所涉及的基因和蛋白质的状况,可以更具体地阐明不孕不育的原因。

这些具有未来潜力的研究成果预计将通过使用iPS细胞的细胞工程分析应用于医疗和工业领域。
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