组蛋白乙酰化修饰对小鼠核移植胚基因组重编程的调控

论文摘要

众所周知，分化的体细胞核重编程为全能性状态的效率非常低。尽管，已有大量试验证实核移植重构胚能够发育到囊胚期，但到足月阶段的比例却非常有限。对核重编程机制的进一步理解，将有助于提高核移植效率。本研究以小鼠乳腺癌细胞为供体进行核移植，采用实时定量RT-PCR技术，探索了体细胞核移植胚胎早期发育的基因表达模式；在此基础上，对组蛋白乙酰化在体细胞克隆胚核重编程中的作用进行深入研究。1小鼠乳腺癌细胞为供体的核移植重构胚的发育本试验以小鼠乳腺癌细胞为供体利用Piezo辅助进行核移植，成功构建了体细胞克隆胚胎。结果显示，经电击融合，融合率达到76.3％（116／152）；化学激活(Sr2+)后，90.5％（105／116）的重构胚形成原核。体外继续培养24h后，77.1％（81／105）的重构胚发育到2-细胞；4-细胞和桑椹胚的发育率分别达到45.7％（48／105）和17.1％（18／105）。2发育相关基因在小鼠核移植胚基因组重编程中的表达研究为了分析乳腺癌细胞核移植重构胚的重编程能力，首先必须建立乳腺癌细胞的基因表达模式。采用实时定量RT-PCR技术，检测了ErbB2、Muc1、eIF-4C、MuERV-L和c-mos基因在小鼠乳腺癌细胞中的表达情况。为了便于与核移植胚中上述基因表达的比较，选取50个乳腺癌细胞（与核移植胚数目相同）分析上述基因的表达状态。结果发现ErbB2和Muc1基因在乳腺癌细胞中高表达，但未检测到eIF-4C、MuERV-L和c-mos基因的转录。运用同样的方法检测了乳腺癌细胞核移植胚中上述基因的表达模式。结果发现，eIF-4C和MuERV-L基因在克隆胚的1-细胞和2-细胞阶段均有表达，且与IVF胚胎呈现相同的表达趋势，即1-细胞阶段低表达，2-细胞期瞬时高表达。然而在克隆胚中的表达水平显著下降（P＜0.05）；值得一提的是，在IVF胚胎2-细胞阶段无表达产物的c-mos基因，在克隆胚的2-细胞中被检测到，推测可能是核移植胚中c-mos基因母源转录物未能得到有效降解亦或是核的重编程过程导致c-mos重新转录。此外，在克隆胚和IVF胚中均未检测到ErbB2和Muc1基因的表达。本实验证明核移植后的核质相互作用抑制了分化细胞特有的基因表达，并建立了新的基因表达模式。3组蛋白乙酰化在小鼠核移植胚基因组重编程中的作用将小鼠乳腺癌细胞核移入去核的卵母细胞，构建重组胚，在融合处理后立即加入TSA抑制卵细胞质对供体核的去乙酰化，6h后洗去TSA，再用Sr2+激活并培养到2-细胞阶段。结果表明，激活前经TSA处理，eIF-4C、MuERV-L和c-mos基因在1-细胞和2-细胞胚胎中的表达水平均有所升高，但与对照组相比无显著性差异（P＞0.05）。采用aphidicolin抑制DNA复制，eIF-4C、MuERV-L和c-mos基因的表达水平也没有显著增加。此外，TSA处理的克隆胚在各个阶段均未检测到ErbB2和Muc1基因的表达。以上结果表明，抑制卵细胞质对供体核的去乙酰化未能影响到上述基因的表达模式。提示体细胞核中对胚胎发育重要基因的重编程是独立于卵子激活前的组蛋白乙酰化事件。将TSA处理的时间从激活前处理6h延长至激活后的6h（原核已形成），结果发现，延长处理后，eIF-4C、MuERV-L和c-mos基因的表达量均显著增加（P＜0.05）；TSA和aphidicolin双重处理组的基因表达水平与TSA单独处理组差异不显著（P＞0.05）。在aphicicolin单独处理组中基因的表达水平也没有显著升高，提示基因表达量的显著增加是由于TSA诱导了核重编程过程中组蛋白高度乙酰化而引起的。此外，在TSA处理延长至激活后6h，也没有检测到ErbB2和Muc1基因的转录。这表明组蛋白的乙酰化修饰可能没有参与卵细胞质对分化细胞特有的基因转录的抑制，但引起了基因表达模式的变化。试验还进一步研究了组蛋白乙酰化修饰的变化对早期IVF和核移植胚发育的影响。结果显示，IVF胚胎经TSA连续处理后，基因表达水平显著提高，2-细胞胚发育到4-细胞阶段的能力受到明显抑制。然而，核移植胚激活前和激活后连续TSA处理，核移植胚的2-细胞和4-细胞发育率分别为90.2％（110／122）和68.9％（84／122），与未经处理的核移植胚对照组相比，发育率均显著提高（P＜0.05），尤其4-细胞的发育率增加了52.4％。核移植胚TSA诱导组蛋白高度乙酰化后导致2-细胞阶段的基因表达水平显著升高，且接近于IVF胚胎的基因表达水平。这可能是导致核移植胚发育率升高的一个主要原因。然而，组蛋白高度乙酰化诱导的IVF 2-细胞胚基因转录和转录物的增加，可能对胚胎的进一步发育产生不利影响，从而使胚胎发育阻滞在2-细胞阶段。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 缩略语的中英文对照
• 引言
• 第一篇 文献综述
• 第一章 体细胞核移植技术概述
• 1 体细胞核移植技术研究进展
• 1.1 小鼠
• 1.2 牛
• 1.3 猪
• 2 体细胞核移植方法的研究
• 2.1 Dolly法
• 2.2 Honolulu法
• 2.3 连续核移植法
• 2.4 电融合法
• 3 体细胞核移植机理的研究
• 3.1 体细胞克隆胚胎的后成修饰
• 3.1.1 DNA甲基化和组蛋白修饰
• 3.1.2 DNA甲基化和组蛋白修饰间的联系机制
• 3.2 后成性遗传
• 3.3 体细胞克隆的核重编程
• 3.3.1 克隆胚胎的早期重编程
• 3.3.2 克隆胚胎的后期重编程
• 3.3.3 克隆胚胎的基因表达
• 参考文献
• 第二章 组蛋白乙酰化研究
• 1 组蛋白乙酰化
• 1.1 组蛋白乙酰基转移酶（HATs）和组蛋白去乙酰化酶（HDACs）
• 1.1.1 组蛋白乙酰基转移酶（histone acetyltransferases, HATs）及其复合体
• 1.1.2 组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylases, HDACs）及其复合体
• 1.2 组蛋白去乙酰化酶抑制剂（histone deacetylase inhibitor, HDACi）
• 1.2.1 HDACi的种类
• 1.2.2 HDACi的体外活性
• 1.2.3 HDACi/TSA作用的分子机制
• 2 组蛋白乙酰化的功能
• 2.1 组蛋白乙酰化与染色质重构及基因调控
• 2.1.1 组蛋白乙酰化与染色质重构
• 2.1.2 组蛋白乙酰化与核小体周围环境改变
• 2.1.3 组蛋白乙酰化与其他蛋白质活动
• 2.2 组蛋白乙酰化在体细胞克隆中的研究
• 参考文献
• 第三章 本实验所涉及的相关技术
• 1 荧光定量PCR技术
• 1.1 实时荧光定量PCR技术的原理
• 1.1.1 Ct值和阈值
• 1.1.2 Ct值与起始模板的关系
• 1.2 荧光标记
• 1.3 实时荧光定量PCR的参照物
• 1.4 SYBR荧光染料进行实时荧光定量PCR的方法
• 1.4.1 实验要素
• 1.4.2 标准曲线
• 1.4.3 绝对定量（absolute quantification）和相对定量（relative quantification）
• 1.4.4 溶解曲线的绘制
• 1.4.5 数据的处理
• 1.5 实时荧光定量PCR技术的应用及前景
• 2 组蛋白乙酰化的研究方案
• 2.1 组蛋白乙酰化对核移植重组胚早期发育的影响
• 2.2 组蛋白乙酰化对核移植重组胚早期基因表达模式的调节作用
• 2.3 实验方案
• 参考文献
• 第二篇 试验研究
• 第四章 小鼠乳腺癌细胞为供体的核移植胚胎的发育
• 1 材料与方法
• 1.1 动物与试剂
• 1.1.1 实验动物
• 1.1.2 试剂
• 1.1.3 仪器设备
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 溶液的配制
• 1.2.2 操作针的制备
• 1.2.3 核移植的过程
• 1.2.4 数据处理
• 2 结果
• 2.1 小鼠乳腺癌细胞的培养
• 2.2 以乳腺癌细胞为供体的小鼠核移植重构胚的制备
• 3 讨论
• 3.1 核移植胚胎的成活率
• 3.2 核移植胚胎的发育
• 参考文献
• 第五章 发育相关基因在小鼠核移植胚基因组重编程中的表达研究
• 1 材料与方法
• 1.1 动物与试剂
• 1.1.1 实验动物
• 1.1.2 试剂
• 1.1.3 仪器设备
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 溶液的配制
• 1.2.2 操作针的制备
• 1.2.3 核移植的过程
• 1.2.4 体外受精和胚胎的培养
• 1.2.5 Globin mRNA的制备
• 1.2.6 mRNA分离提纯
• 1.2.7 实时定量RT-PCR
• 1.2.8 标准曲线的制作
• 1.2.9 基因定量
• 1.2.10 TSA、α-amanitin和aphidicolin处理
• 1.2.11 数据处理
• 2 结果
• 2.1 IVF胚胎的发育
• 2.2 小鼠乳腺癌细胞和IVF胚胎中的基因表达
• 2.3 MuERV-L在植入前胚胎中的瞬时表达的细胞周期调控
• 2.4 小鼠乳腺癌细胞核核移植胚基因组中的基因表达
• 3 讨论
• 参考文献
• 第六章 组蛋白乙酰化在小鼠核移植胚基因组重编程中的作用
• 1 材料与方法
• 1.1 动物与试剂
• 1.1.1 实验动物
• 1.1.2 试剂
• 1.1.3 仪器设备
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 溶液的配制
• 1.2.2 操作针的制备
• 1.2.3 核移植的过程
• 1.2.4 体外受精和胚胎的培养
• 1.2.5 Globin mRNA的制备
• 1.2.6 mRNA分离提纯
• 1.2.7 实时定量RT-PCR
• 1.2.8 标准曲线的制作
• 1.2.9 基因定量
• 1.2.10 TSA和aphidicolin处理
• 1.2.11 数据处理
• 1.3 实验设计
• 2 结果
• 2.1 实时荧光定量RT-PCR
• 2.2 组蛋白乙酰化对小鼠IVF胚胎早期基因表达模式的影响
• 2.3 抑制卵细胞质对供体核的去乙酰化作用对基因表达模式的影响
• 2.4 激活过程中的组蛋白乙酰化对基因表达模式的影响
• 2.5 组蛋白乙酰化对IVF和核移植胚胎发育的影响
• 3 讨论
• 参考文献
• 全文结论
• 创新
• 附录
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 致谢