利用体细胞核移植技术生产转基因牛

通过电穿孔的方法, 将含有新霉素抗性(Neo^r)基因和增强绿色荧光蛋白(EGFP)基因的双标记选择载体导入胎牛输卵管上皮细胞, 获得了转基因细胞株. 以转基因细胞为核供体, 进行了牛的体细胞核移植. 重构胚胎424枚, 其中208枚体外发育至囊胚, 囊胚发育率为49.1%. 选择第7天转基因囊胚17枚移入17头同期发情的受体牛子宫角内, 共有5头受体牛妊娠, 妊娠率为29.4%. 经过正常的体内发育, 有3头转基因克隆牛出生, 产犊率为17.6%. PCR和Southern检测结果表明, 3头转基因克隆牛的基因组中都整合有外源目标基因. 并且, 绿色荧光蛋白在转基因克隆牛的耳部皮肤组织以及从耳部皮肤组织分离出的成纤维细胞中均有表达. 上述结果显示, 通过体细胞核移植技术可以有效生产转基因牛; 所构建的双标记选择载体可以有效筛选出转基因细胞和转基因克隆胚胎, 应用于转基因克隆动物的生产, 确保所培育的克隆动物均为转基因动物.     

体细胞克隆牛: 供体细胞和受体的影响

利用体外培养的成年母牛(GN)和公牛(GLV)的外耳成纤维细胞作为核供体, 进行了规模较大的克隆牛研究, 并成功地获得了一批成年体细胞克隆牛犊. 经核移植构建的重构胚的囊胚发育率分别为23.98%(GN, 123/513)和29.55%(GLV, 138/467). 然而, 雌性重构胚(GN)发育满期的比例却明显高于雄性重构胚(GLV), 分别为8.02%和1.82%. 比较了鲁西黄牛、青年Holstein奶牛及经产Holstein奶牛3种不同受体牛的移植效果. 在移植GN重构胚时, 3种受体牛的妊娠率无显著差异, 但黄牛的流产率高达85.71%, 显著高于青年奶牛及经产奶牛的流产率(分别为14.29%和0%, P < 0.05). 黄牛受体生产的克隆牛犊占移植胚胎总数的1.54%, 显著低于青年Holstein奶牛及经产Holstein奶牛(分别是10.39%及20.0%, P < 0.05). 而移植GLV重构胚时, 3种受体牛的妊娠率、流产率及产犊比率均无显著差异.     

体细胞克隆法生产绵羊转基因囊胚

pEGFP－N1质粒分别转染5只绵羊卵巢原代颗粒细胞,G418筛选后,各取1株阳性转基因细胞作供体,进行绵羊的体细胞核移植（克隆）,共352枚体外成熟的去核卵母细胞与转基因的颗粒细胞进行电融合,得到的329枚核移植胚胎（93．5％）,用Ionomycin／6－DMAP激活,SOFaaBSA液滴体外培养7d,结果显示,312枚核移植胚胎发生卵裂（94．8％）,其中63枚发育至囊胚阶段（19．1％）,随机抽检发现,克隆胚胎在早期发育的各个阶段均表达GFP基因,4株0．5％FCS饥饿细胞克隆胚胎的囊胚率为19．6％（55／280）,胎在早期发育的各个阶段均表达GFP基因,4株0．5％FCS饥饿细胞克隆胚胎的囊胚率为19．6％（55／280）,与另外1株未饥饿细胞克隆胚胎的囊胚率（16．3％,8／49）没有显著差异（P＞0．05）,结果表明,体细胞基因转移和克隆技术的结合,可以有效地生产绵羊的转基因囊胚。     

核移植方法和活化方法对小鼠体细胞克隆胚胎发育的影响

用卵丘细胞为核供体进行小鼠体细胞克隆, 成功获得了一批成年体细胞克隆小鼠. 为探讨不同核移植方法和重构胚活化方法对小鼠克隆胚发育的影响, 用B6D2F1小鼠的卵丘细胞和卵母细胞作为供、受体进行核移植实验, 采用电融合和细胞质内直接显微注射的方法进行核移植, 并采用电脉冲、乙醇处理、氯化锶处理和电脉冲联合氯化锶4种不同方法对重构胚进行活化, 对克隆胚胎的体外及体内发育进行研究. 结果显示, 利用显微注射法获得重构胚胎的工作效率(90.7%)显著高于融合法获得重构胚胎的工作效率(49.7%). 乙醇、电脉冲和氯化锶3种激活方法都可以诱导孤雌胚发育到囊胚, 但前二者处理的胚胎的囊胚发育率(52.4%, 54.2%)显著低于后者(76.9%). 10 mmol/L氯化锶处理6 h活化效果最好. 融合法获得的重构胚经氯化锶或者电脉冲联合氯化锶激活后, 囊胚发育率(9.5%, 8.6%)显著高于单纯电脉冲激活(2.6%), 而乙醇活化的重构胚没有发育到囊胚阶段. 用显微注射法经氯化锶激活获得的重构胚的囊胚发育率最高(16.6%). 注射法和融合法获得的重构胚胎经氯化锶激活后进行胚胎移植, 都获得了发育到期的体细胞克隆小鼠, 发育到期率分别为 2.5%和1.4%. 结果表明, 两种核移植方法对B6D2F1 小鼠重构胚胎的早期发育能力有一定影响, 用这两种方法都可以获得体细胞克隆小鼠; 不同活化方法对重构胚胎的体外发育能力有显著影响, 在上述4种激活方式中, 氯化锶处理对克隆胚的激活效果最好.     

人类体细胞克隆胚的构建

人类体细胞克隆胚的构建是治疗性克隆的基础和前提. 将供体细胞核注射到成熟卵母细胞, 然后用钙离子载体(A23187)和6-甲基氨基嘌呤(6-DMAP)激活卵母细胞. 在卵母细胞活化并出现原核样核(2PN)后, 去掉雌原核而保留供体细胞核, 避免了去核时对卵母细胞进行DNA荧光染色和紫外线照射, 同时也避免了去除过多的细胞质. 经体外培养后, 有少量核移植胚发育到囊胚阶段.     

低氧培养早期胚胎克隆小型猪(Sus Scrofa)

猪的体细胞克隆在人类的异种器官移植方面有着巨大的应用前景. 以中国实验用小型猪胎儿成纤维细胞为核供体, 从屠宰场采集初情期前母猪的卵巢, 卵母细胞体外成熟后去核构建克隆胚胎, 重构卵电融合并激活, 在7% O₂, 5% CO₂及88% N₂的气相条件下NCSU-23或PZM-3培养基培养. 给3头代孕母猪移植230枚克隆胚胎, 其中一头妊娠足月并产下3头仔猪, 生产克隆猪的效率达到1.3%; 其中一头健康状况良好, 存活至今, 毛色及DNA微卫星遗传分析证实为克隆个体. 以上结果表明, 利用初情期前母猪的卵母细胞, 克隆胚胎培养在低氧条件下, 是生产克隆猪的一条有效途径.     

以胚胎干细胞为核供体能促进异种重构胚的体外发育

体细胞在异种成熟的去核卵母细胞中能够去分化和重编程,并能发育到囊胚,甚至能全程发育正常出生。为了评价胚胎干细胞作为供核细胞在异种动物克隆中的意义,以小鼠胚胎干细胞（ES）为核供体,兔成熟的去核卵母细胞为受体构建异种重构胚,分析其在体外的发育能力,并以小鼠胚胎成纤维细胞和成年小鼠外耳皮肤的成纤维细胞为对照。通过核移植的方法分别把3种细胞移入成熟的兔去核卵母细胞透明带下,经电融合和激活后,在体外培养,胚胎干细胞作为供核细胞所构建的异种重构胚在体外发育到囊胚的比例为16.1％,明显高于用成年小鼠外耳皮肤成纤维细胞（0％～3.1％,P<0.05）和小鼠胚胎成纤维细胞（2.1％～3.7％,P<0.05）所构建的异种重构胚的体外囊胚发育率.重构囊胚细胞经染色体分析,证实其染色体来源于小鼠胚胎干细胞。以上结果显示,用胚胎干细胞作为供核细胞,比体细胞作为供核细胞所构建的异种重构胚更容易进行重编程,并且胚胎干细胞指导异种克隆胚胎正常发育的能力强于体细胞。     

不同品系间斑马鱼的细胞核移植

以斑马鱼AB品系囊胚晚期胚胎细胞为细胞核供体,以斑马鱼长鳍品系未受精的去核卵为受体,进行不同品系间斑马鱼的细胞核移植,采用显微注射法,操作胚胎1119枚,获得克隆鱼14尾,RAPD分析显示,克隆鱼与细胞核供体鱼的DNA扩增带纹一致而与受体鱼不同,表明克隆鱼的遗传物质来源于供体细胞核,模式动物斑马鱼的细胞核移植技术的建立,有望在研究动物发育过程的基因功能、细胞核的发育潜能及核质关系等重要问题上发挥作用。     

2-细胞小鼠胚胎电融合后的体外发育

细胞融合是研究细胞调节机理和多倍体对发育作用的技术。研究多倍体胚胎常用的手段是采用灭活的仙苔病毒(ISV)融合法、聚乙二醇(PEG)诱导融合法、细胞松弛素B(CB)介导法和电融合(EF)法。国外学者采用这4种方法均获得小鼠、大鼠和兔融合胚胎,分别研究了融合胚胎在体内或体外的发育。目前国内对小鼠多倍体胚胎研究的报道很少。黄少华等报道的小鼠电融合胚胎在体外培养时分裂率很低,未能从核型证明融合胚胎为四倍体,因为只有个别分裂胚胎在体外发育到8-细胞阶段。本实验采用电融合法研究2-细胞小鼠胚胎融合后的体外分裂及发育,并利用细胞遗传学方法分析融合后胚胎体外发育而成的附植前胚胎的染色体分裂相和分裂球数目,证明胚胎的多倍性及分裂率;通过与正常1-细胞和2-细胞小鼠胚胎体外发育结果进行比较,揭示电融合胚胎在体外分裂与发育的规律,为进一步研究多倍体胚胎发育机制提供参考。     

非休眠期成年牛耳成纤维细胞用于核移植

哺乳动物的自然生殖方式是有性生殖 ,需要精子和卵子进行受精作用 .核移植技术为哺乳动物无性生殖提供手段 .以前 ,人们多采用未分化或分化不完全的胚胎细胞作为供核细胞 .自Wilmut等人应用成年绵羊体细胞作为供核细胞进行核移植获得全程发育以来 ,体细胞核移植已在多种动物上获得成功 .Wilmut等人认为 ,应用G0 期成年体细胞作为供核细胞是核移植成功的关键 (“G0 期假定”) .为了验证“G0 期假定” ,我们用非休眠期成年牛耳成纤维细胞作为供体 ,以去核牛卵母细胞 (体外成熟 )作为受体进行核移植 .实验中核移植后电融合率达5 1 .6 % ,融合后重组卵卵裂率达 5 4.5 % ,并且有 9.1 %发育到 32细胞期 .这些结果表明 :处于非休眠期的成年牛供核体细胞移植到去核卵母细胞至少能进行早期发育     

连续核移植对异种克隆大熊猫胚胎发育的影响

异种体细胞核移植为拯求濒危动物提供了一条新的途径,已有的异种核移植报道证明,经休眠处理的体细胞核在异种胞质中能完成早期发育,用处于活跃分裂的大勇猛体细胞作为供核细胞移入去核的兔卵母细胞中,经电融合（融合率为71.6%）及电活化后,体外培养获得了4.2%的囊发育率,为了改善重构胚的发育率,采用连续核移植的方法,即用处于活跃分裂的来源于大熊猫－兔异种重松胚的卵裂球作为供核细胞移入去核兔卵母细胞透明带下,共进行3次连续核移植,核移植融合率分别为79.5%,84.1%和78.0%,与体细胞核移植组无显著差异;经电活化后,体外培养的异种重构胚胎获得了显著高于体细胞核移植组的胚胎发育率,囊胚发育率分别为19.4%,13.5%和10.3%（P＜0.05）。这些结果表明,未经休眠的体细胞核也能支持异种重构胚的早期发育,连续核移植可以提高异种克隆大熊猫重构胚的发育率。     

不同类型核受体对小鼠体细胞重构胚胎发育能力的影响

为探讨昆明白小鼠不同类型的卵胞质对小鼠体细胞核移植胚胎发育的影响, 采用C57BL/6小鼠耳成纤维细胞为核供体, 昆明白小鼠卵母细胞为核受体进行单次核移植, 同时采用将重构胚类合子核移入去核合子、重构胚2-细胞卵裂球细胞核移入去核MⅡ期卵的方法进行连续核移植, 通过将重构胚2-细胞卵裂球与正常昆明白小鼠2-细胞胚胎卵裂球交换融合得到四倍体胚胎. 对所得胚胎进行体外培养, 结果发现, 以去核的昆明白小鼠MⅡ期卵母细胞为核受体进行单次核移植所得到的重构胚胎发育率很低, 且只能发育到8-细胞阶段. 两种连续核移植重构胚发育率均有所提高, 但仅重构胚类合子核移入去核合子时有囊胚出现, 囊胚发育率为1.9%. 重构四倍体胚胎囊胚发育率却很高(62.3%), 染色体分析表明其中51.5%为真正的四倍体. 结果表明, 昆明白小鼠不同类型核受体对重构胚胎的发育能力有显著影响, 其去核卵母细胞胞质对体细胞核重编程的能力较弱, 而当其与正常受精卵胞质共同作用时可较好地对体细胞核重编程.     

体细胞核移植生产绿色荧光蛋白转基因猪

体细胞核移植转基因动物制作路线是目前生产转基因家畜的最佳方法. 绿色荧光蛋白(green fluorescent protein, GFP)转基因猪研究可以为转基因家猪育种、人类疾病模型和人类异种器官移植研究奠定良好的基础. 本研究对脂质体转染猪胎儿成纤维细胞的技术程序进行了筛选, 以绿色荧光蛋白基因转染后的阳性细胞作为体细胞核移植的核供体, 以体外成熟卵母细胞为核受体, 构建了绿色荧光蛋白转基因克隆猪胚胎, 并对重构胚在体外和体内发育情况以及绿色荧光蛋白表达情况进行了跟踪研究. 结果显示, 采用4.0 μL/mL脂质体转染试剂, 1.6 μg/mL质粒DNA, 转染6 h可以获得最佳的转染效果, 转染效率达3.61%; GFP转基因体细胞重构胚体外囊胚发育率为10%, GFP阳性胚胎率为48%; 重构胚移植于10头受体后, 有5头妊娠, 3头受体发育到期, 共出生克隆猪6头, 其中4头为GFP阳性, 经DNA检测确认为GFP转基因猪; 转基因克隆胚胎移植出生率为1.0%, 阳性个体出生率为0.7%. 结果表明, 脂质体转染试剂可以高效转染猪胎儿成纤维细胞, 获得的阳性细胞具有支持猪全程发育的潜能. 本研究对我国体细胞克隆转基因猪的研究具有重要的参考价值.     

染色质修饰基因在新生死亡克隆牛组织中的表达分析

体细胞克隆的效率非常低, 只有低于4%的重组胚胎可以发育成个体, 而且许多的克隆动物在出生后不久死亡并表现出组织器官的发育异常. 为了探讨造成克隆动物出生死亡以及器官发育异常的可能分子机理, 用荧光定量RT-PCR技术分析了4个对染色质进行修饰的基因(DNMT1, PCAF, MeCP2, EED)在分别来自两种供体细胞(成年成纤维细胞和胎儿成纤维细胞)的出生死亡克隆牛的6个组织(心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏和大脑)的表达. 结果发现, DNMT1在两种供体细胞的克隆牛心脏(P < 0.05)、肝脏(P < 0.05)和大脑(P < 0.01)中的表达显著高于正常对照牛; PCAF则在心脏(P < 0.01)和肝脏(P < 0.05)中的表达显著高于正常对照牛, 而在成年成纤维供体细胞克隆牛的脾脏(P < 0.05)中显著降低; MeCP2和EED基因在体细胞克隆牛中的表达与正常对照牛中无显著差异. 由于DNMT1和PCAF基因在DNA的甲基化以及组蛋白的乙酰化中起重要作用, 其正常表达为供体核后成修饰的精确重编程所必须, 所以DNMT1和PCAF的异常表达可能是造成克隆动物出生死亡以及器官发育异常的原因之一.     

绵羊体细胞克隆胚胎的异常DNA甲基化模式

以体外受精胚胎作为对照, 利用抗5-甲基胞嘧啶抗体免疫荧光法对绵羊体细胞克隆胚胎的基因组甲基化模式进行了分析. 实验结果表明: (ⅰ) 在着床前发育过程中, 体细胞克隆胚胎呈现出与体外受精胚胎类似的去甲基化趋势, 即在8-细胞期甲基化水平降到最低点, 紧接着在桑椹胚时又升高, 但是克隆胚胎的甲基化水平明显高于同一时期的体外受精胚胎, 特别在8-细胞期及其以后时期; (ⅱ) 克隆囊胚的甲基化模式与体外受精囊胚不同, 克隆囊胚的内细胞团(inner cell mass, ICM)和滋养层(trophectoderm cells, TE)甲基化水平相当, 而体外受精囊胚的内细胞甲基化水平低于滋养层. 研究结果表明, 与体外受精胚胎相比, 克隆胚胎的DNA甲基化重编程存在异常, 它可能是导致克隆胚胎发育失败的原因之一.     

体细胞克隆中核的重编程

尽管体细胞克隆在绵羊、牛、小鼠、猪、山羊、兔、猫、大鼠和骡子等物种中都获得了成功, 但却未能得到狗和猕猴的克隆个体, 而且克隆效率非常低. 克隆效率低使体细胞克隆技术在科研和生物技术等方面的应用受到限制. 供体核移入去核的卵细胞后, 必须经过表观遗传修饰的重编程, 回到胚胎开始发育的全能状态. 目前认为: 供体核的不完全重编程是导致克隆效率低的主要原因. 本文从DNA甲基化、组蛋白乙酰化、X染色体失活、端粒、印记基因以及其他发育相关基因的表达几个方面来探讨影响克隆效率的因素.     

金黄地鼠与小鼠科间妊娠及CD57, CD68分子的表达

不同种属动物之间的妊娠是进行异种克隆的关键步骤之一. 异种动物的克隆胚胎已经构建成功, 但胚胎却不能在受体内完全发育至出生. 为揭示此现象的机理, 对金黄地鼠(Mesocricetus auratus)-小鼠(Mus musculus)科间妊娠做了研究. 体外共培养结果显示, 金黄地鼠囊胚在小鼠子宫上皮细胞单层上12, 24, 48, 72 h的黏附率和48, 72 h的扩展率均显著低于小鼠囊胚(P < 0.01 ). 经胚胎移植, 金黄地鼠的囊胚可以在不同科的动物小鼠子宫内植入并发育至D11(胚胎移植后7 d). 但与小鼠胚胎移植小鼠子宫相比, 科间胚胎移植成功率低, 并且胎儿体积明显要小. 科间妊娠D8与同种妊娠相比, 远侧蜕膜部组织疏松. 妊娠D8时, 无论科间妊娠还是同种妊娠, CD57, CD68分子的表达在远侧蜕膜部均高于次级蜕膜部. 科间妊娠CD57, CD68分子的表达丰度都小于同种妊娠. 这些结果表明, 金黄地鼠-小鼠之间可以建立科间妊娠, 但科间妊娠的胎儿发育较同种妊娠迟缓, 妊娠在一定阶段终止. CD57, CD68分子在科间、同种妊娠之间表达的差异提示, 二者免疫反应的不同可能是引起科间妊娠终止的原因之一.     

小鼠囊胚内细胞团置换

运用显微操作和免疫手术法, 对昆明鼠和C₅₇BL/6鼠的囊胚进行内细胞团置换. 以切除内细胞团的昆明鼠胚胎滋养层为受体, 注射免疫手术得到的昆明鼠或C₅₇BL/6鼠的内细胞团, 获得两种重构胚. 一种是由不同昆明鼠个体的滋养层和内细胞团构建的同品系异体重构胚, 共构建192枚. 移植入17只昆明鼠受体后, 生下2只昆明小鼠. 另一种重构胚是由切除内细胞团的昆明鼠胚胎滋养层与C₅₇BL/6鼠胚胎内细胞团构建的异品系重构胚. 对此重构胚的成活率、细胞骨架和细胞数目进行了分析, 说明至少从这3个方面来说, 这种重构胚具有一定的发育潜能. 但将115枚异品系重构胚移植入昆明鼠受体后, 目前还没有后代出生. 说明来自不同个体胚胎的同品系滋养层和内细胞团重组后能够建立细胞连接, 进行信息传递并发育为正常个体, 而异品系重构胚发育能力较低. 这项研究有可能为解决动物克隆中着床率低和胎盘异常等问题提供参考方法.     

LIF, VEGF, CD57和CD68在大鼠胚胎移入小鼠子宫后的表达

种间妊娠失败是异种克隆的主要障碍. 为探讨种间妊娠失败的原因, 将大鼠囊胚移入假孕第3天的小鼠子宫内. 以前的研究显示, 大鼠胚胎只能在小鼠子宫内发育到第9天. 本实验结果表明, 异种胚胎移植后母胎界面CD57和CD68分子表达较同种移植的增强. 免疫组织化学和免疫印迹研究均显示, 异种胚胎移植后白血病抑制因子(LIF)表达增强, 但血管内皮生长因子(VEGF)表达下降. 在体外共培养系统中, 大鼠外胎盘锥在小鼠子宫蜕膜细胞上黏附率、扩展率和扩展面积较同种的显著降低. 这些结果提示, 大、小鼠种间妊娠中免疫排斥反应增强, 异种胚胎侵入能力降低, 可能是导致大、小鼠种间妊娠失败的重要原因.     

体细胞核移植牛肺脏中H19和Xist基因的DNA甲基化状态

在体细胞核移植中, 体细胞的供体核要经过表观遗传修饰的重编程才能获得发育的全能性, 目前认为不完全的表观重编程是导致克隆效率低的主要原因. DNA甲基化是基因组主要的表观遗传修饰方式, 是调节基因组功能的重要手段. 为了探求核移植过程中DNA甲基化的表观重编程是否充分, 利用亚硫酸氢盐测序法分析了印记基因H19和Xist在出生48 h内死亡的体细胞核移植牛和正常对照牛肺脏中的DNA甲基化状态. 结果发现, 体细胞核移植牛中H19基因甲基化程度较低, 与正常对照组相比差异显著(P < 0.05), 并且 9C3个体有3个CpG (第1, 2, 3位)表现出完全非甲基化; Xist基因甲基化程度在体细胞核移植牛和正常对照牛中都较高, 且没有显著差异.