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Nature:利用CRISPR/Cas9揭示OCT4基因在人胚胎早期发育中发挥着关键作用


图片来自Nature, doi:10.1038/nature24033。

2017年9月23日---在一项新的研究中,来自英国和韩国的研究人员利用基因组编辑技术CRISPR/Cas9揭示出一种关键的基因在人胚胎的最初几天发育中发挥的作用。这是基因组编辑技术首次被用来研究人胚胎中的基因功能,这可能有助人们更好地理解我们的早期发育的生物学特征。相关研究结果于2017年9月20日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Genome editing reveals a role for OCT4 in human embryogenesis”。

这些研究人员利用CRISPR/Cas9阻止一种关键的基因表达蛋白OCT4。在正常情形下,该基因在人胚胎的最初几天发育中是有活性的。在卵子受精后,它一直进行分裂,大约7天后,它形成一种有大约200个细胞组成的球体,即囊胚(blastocyst)。这项研究发现人胚胎需要OCT4来正确地形成囊胚。

论文第一作者、英国弗朗西斯-克里克研究所的Norah Fogarty博士说,“我们吃惊地观察到这个基因在人胚胎发育中发挥着如此至关重要的作用,但是我们需要继续开展研究来证实它的作用。其他的研究方法,包括利用小鼠开展的研究,已提示着OCT4在胚胎发育更晚的时候发挥着一种更加专注的作用,因此我们的研究结果强调了开展人胚胎研究的必要性。”

论文通信作者、弗朗西斯-克里克研究所的Kathy Niakan博士补充道,“发现一种基因在发育中的胚胎内发挥什么作用的方法之一是观察当它不发挥功能时会发生什么。如今,我们展示了一种高效地做到这一点的方法,我们希望其他的科学家们将利用它发现其他基因的作用。如果我们了解到胚胎成功地发育所需的关键基因,那么我们就可能改进体外受精治疗和理解妊娠失败的一些原因。要实现这样的理解可能需要多年的时间,我们的研究只是第一步。”

这些研究人员在开始研究人胚胎之前,以小鼠胚胎和人胚胎干细胞为研究对象,花了一年多的时间来优化他们的技术。为了让OCT4失活,他们利用CRISPR/Cas9改变41个人胚胎中的DNA。7天之后,这些胚胎的发育停止了,他们随后分析了它们。

除了在人胚胎中之外,OCT4被认为在干细胞生物学中也发挥着重要的作用。多能性干细胞能够变成任何一种其他类型的细胞,而且它们能够从胚胎中获得(如胚胎干细胞),或者让皮肤细胞等成体细胞经过重编程而被诱导出来(如诱导性多能干细胞)。人胚胎干细胞是从发育中的人胚胎内的具有较高的OCT水平的那一部分获得的。

论文共同作者、弗朗西斯-克里克研究所的James Turner博士解释道,“我们有产生和使用多能性干细胞的技术,这毫无疑问是一项巨大的成就,但是我们仍然并未充分理解这些细胞如何发挥作用。更多地了解不同的基因如何导致细胞产生和保持多能性,将有助我们更加可靠地产生和使用干细胞。”

参考资料:

Norah M. E. Fogarty, Afshan McCarthy, Kirsten E. Snijders et al. Genome editing reveals a role for OCT4 in human embryogenesis. Nature, Published online 20 September 2017, doi:10.1038/nature24033

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