2024年5月13日,来自美国加州理工学院Magdalena Zernicka-Goetz研究团队在学术期刊《细胞》发表了标题为“ The first two blastomeres contribute unequally to the human embryo.”的研究成果,发现前两个卵裂球对人类胚胎的贡献不均等。
据悉,根据对人类谱系的回顾性重建预测,体内克隆的严重失衡可追溯到2细胞阶段的胚胎。然而,这种克隆不对称是否以及如何在胚胎中产生尚不清楚。
受精卵第一次分裂后,会产生两个胚泡细胞(blastomere),这被称为胚胎的2细胞阶段。随后,胚泡细胞会持续呈指数分裂,经历4细胞、8细胞、16细胞等阶段,直到胚胎形成包含内细胞团和滋养外胚层的囊胚(Blastocyst)结构。
以往普遍认为,在16细胞阶段以前,哺乳动物胚胎中所有细胞都是相同的,对囊胚的各个结构的形成有着均等的贡献。它们直到发育后期才开始分化,最终由囊胚发育成外、中、内三个胚层,外胚层最终发育成机体的神经、皮肤等组织,中胚层发育成心脏、血液、肌肉和骨骼等组织,内胚层则发育成肺、肝、胰腺和肠等内脏器官。
2001年,发现小鼠胚胎中的前两个细胞是不同的。两个细胞中的一个分裂成主要构成小鼠胎儿大部分的后代细胞,而另一个细胞的后代主要形成为早期胚胎提供营养的卵黄囊(Yolk sac)。
为了探究在人类中是否也如此,本次研究中,在患者同意的情况下,Zernicka-Goetz和她的团队从一个体外受精诊所中获得了54个尚未完全完成第一次分裂的受精卵。研究人员让受精卵在实验室中分裂,并用一种荧光蛋白标记其中一个产生的胚泡细胞。这使他们能够追踪发育中的每个胚泡细胞的后代。
亮点
·人类胚胎从2-细胞到胚泡阶段的谱系追踪
·大部分上胚层仅来源于一个2细胞期卵裂球
·早期不对称分裂是控制胚胎克隆组成的瓶颈
·第一次分裂的2细胞卵裂球在8细胞阶段产生更多的不对称分裂
研究人员利用实时成像、非侵入性细胞标记和计算预测对人类胚胎进行了前瞻性谱系追踪,以确定每个2细胞期卵裂球对上胚层(身体)、下胚层(卵黄囊)和滋养层(胎盘)的贡献。研究人员发现,大多数上胚层细胞只来源于2细胞期胚胎的一个卵裂球。研究人员观察到,只有一到三个细胞在8-16个细胞阶段过渡时被内化。
此外,这些内化的细胞更多来自2细胞期第一个分裂的细胞。研究人员认为,早期胚胎中的细胞分裂动力学和细胞内化瓶颈决定了未来人体克隆组成的不对称性。这一发现不仅为理解人类胚胎早期发育的基本机制提供了新的视角,也为辅助生殖技术和胚胎工程领域的应用研究提供了重要参考。未来,进一步研究这些早期发育过程中的调控机制,将有助于提高人类生殖健康和疾病治疗的精准性和有效性。
文章来源:
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