Zebularine和Scriptaid对绵羊体细胞核移植胚胎发育的作用及分子机制研究

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体细胞核移植作为一项重要的生物技术,在构建疾病模型、生产转基因动物、进行治疗性克隆等生物学和医学领域具有广阔的应用前景。然而自“多莉”诞生以来,虽有多种克隆动物问世,但克隆效率依然很低。目前认为,体细胞核移植技术效率低下的主要原因是异常的表观遗传重编程,供体细胞核和重构胚不完全的重编程成为抑制体细胞核移植技术发展的主要原因。  本研究采用DNA甲基转移酶抑制剂Zebularine和组蛋白去乙酰化酶抑制剂Scriptaid同时处理绵羊供体卵丘细胞和体细胞核移植重构胚,以在降低DNA甲基化水平的同时提高组蛋白乙酰化水平,探讨了其对体细胞核移植重构胚及胚胎发育相关基因OCT4、SOX2、H19、IGF2、Dnmt1 mRNA表达水平的影响。另外,对亮甲酚蓝(BCB)染色选择的卵母细胞是否有利于体细胞核移植胚胎的体外发育也进行了研究。  为了选择更优质的卵母细胞作为受体细胞,在卵母细胞成熟前用BCB对卵丘-卵母细胞复合体(COCs)进行染色,根据细胞质颜色将COCs分成两组:BCB+组(染色后呈蓝色)和BCB-组(染色后无色),未经BCB处理的COCs为对照组,比较各组卵母细胞的成熟率及体细胞核移植胚胎发育率。结果表明,BCB+组卵母细胞的成熟率显著高于对照组和BCB-组(P<0.05),对照组卵母细胞的成熟率显著高于BCB-组(P<0.05)。BCB+组和对照组体细胞核移植胚胎的卵裂率显著高于BCB-组(P<0.05),BCB+组和对照组体细胞核移植胚胎的卵裂率差异不显著(P>0.05)。BCB+组和对照组体细胞核移植胚胎的桑椹胚率显著高于BCB-组(P<0.05),BCB+组和对照组体细胞核移植胚胎的桑椹胚率亦差异不显著(P>0.05)。BCB+组、对照组、BCB-组两两比较,体细胞核移植胚胎的囊胚率均具有显著性差异(P<0.05)。  采用不同浓度(0、2.5、5、7.5、10 nmol/L) Zebularine处理绵羊体细胞核移植重构胚,结果表明,各浓度处理组之间体细胞核移植胚胎的卵裂率差异均不显著(P>0.05),5nmol/L Zebularine处理组桑椹胚率显著高于对照组和其他处理组(P<0.05),囊胚率亦以5nmol/L Zebularine处理组最高,达14.89%,显著高于对照组及其他处理组(P<0.05)。用5 nmol/L Zebularine处理体细胞核移植重构胚不同时间(0、12、24、48、96 h)后发现,24 h和48 h处理组的卵裂率显著高于96h处理组(P<0.05),其他各组间的卵裂率差异不显著(P>0.05)。96 h处理组的桑椹胚率显著低于对照组和其他处理组(P<0.05),其他各组间差异不显著(P>0.05)。24 h处理组囊胚率最高,高达23.41%,显著高于对照组和其他处理组(P<0.05)。  以BCB+组卵母细胞作为受体细胞,用5 nmol/L Zebularine和0.2μmol/L Scriptaid同时处理绵羊供体卵丘细胞和重构胚,T-BCB+组(Treat-BCB+组,即卵母细胞经BCB染色且绵羊供体细胞和重构胚同时使用5 nmol/L Zebularine和0.2μmol/L Scriptaid处理)体细胞核移植胚胎卵裂率和桑椹胚率均显著高于对照组(P<0.05),但与C-BCB+组(Control-BCB+组,卵母细胞经BCB染色且绵羊供体细胞和重构胚都未经过Zebularine和Scriptaid处理)差异不显著(P>0.05)。T-BCB+组、C-BCB+组、对照组(卵母细胞未经BCB染色且绵羊供体细胞和重构胚都未经过Zebularine和Scriptaid处理)相邻两组间囊胚率差异显著(P<0.05)且T-BCB+组囊胚率最高,达28.25%。  用RT-qPCR的方法检测IVF、Con-SCNT、Zeb+SCR-SCNT胚胎2-cell、4-cell、8-cell、桑椹胚和囊胚各时期OCT4、SOX2、H19、IGF2、Dnmt1基因mRNA表达水平,结果表明,与IVF胚胎相比,体细胞核移植胚胎各发育阶段基因表达变化趋势相似,但相对表达量存在明显差异;Zeb+SCR-SCNT胚胎在各个发育阶段OCT4、SOX2、H19、IGF2、Dnmt1基因mRNA表达水平与Con-SCNT胚胎相比,均更接近于IVF胚胎表达量。  综上所述,BCB染色能够挑选出更具发育潜能的卵母细胞。5 nmol/L Zebularine处理绵羊体细胞核移植重构胚24 h能够显著提高囊胚发育率。5 nmol/L Zebularine和0.2μmol/L Scriptaid同时处理绵羊供体卵丘细胞和重构胚,不仅能够进一步提高体细胞核移植胚胎囊胚发育率,更能改善胚胎发育基因的表达,使其接近于正常体外受精胚胎表达水平。
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