编辑 | 小杨
撰文 | 小杨
文献信息：
Generation of functional oocytes from
male mice in vitro
Nature 615, 900–906 (2023).
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文章主要来自于原九州大学，现大阪大学教授Katsuhiko Hayashi，Hayashi近些年在NS上连发了3个与卵母细胞相关的文章，目前是孤性别生殖领域的超新星。
2023年3月8日，日本九州大学Katsuhiko Hayashi教授在第三届人类基因组编辑国际峰会上宣布，他们使用雄性小鼠的细胞培育出了卵子，并且这些卵子可以与雄性精子受精，将其植入雌性小鼠体内，能够发育出健康、可育的后代。一直以来，科学家们都在努力实现哺乳动物孤雄生殖或孤雌生殖的壮举。早在2018年，中科院动物研究所胡宝洋研究员、周琪院士、李伟研究员合作，在 Cell Stem Cell 期刊上发表了题为：Generation of Bimaternal and Bipaternal Mice
from Hypomethylated Haploid ESCs with Imprinting Region 的研究论文。该研究结合单倍体干细胞技术和基因编辑技术，使用由精子或卵子制成的胚胎干细胞培育出了具有两个父亲或两个母亲的小鼠。其中有两个母亲的小鼠能够存活到成年，并具有生育能力，而有两个父亲的小鼠只能存活几小时到2天时间。这也说明了孤雄生殖比孤雌生殖更难实现。2020年12月，Katsuhiko
Hayashi等人在 Nature 期刊发表了题为：Reconstitution of the oocyte transcriptional network with transcription
factors 的研究论文。这项研究表明，一组8种转录因子可以在实验室中将小鼠的多能干细胞转化为卵母细胞样细胞。这项研究让人造卵细胞成为现实。2021年7月，Katsuhiko
Hayashi等人在 Science 期刊发表了题为：Generation of ovarian follicles from mouse pluripotent stem cells 的研究论文。研究团队通过诱导雌性小鼠的胚胎干细胞逐步分化，最终产生了大量与卵巢体细胞类似的胚胎卵巢体细胞样细胞（FOSLCs）。这些FOSLCs与来自小鼠胚胎干细胞的卵母细胞放在一起共同培养时，FOSLCs产生了卵巢卵泡结构，而小鼠胚胎干细胞的卵母细胞在该结构中发育成了有活力的卵子。这些体外生成的卵子可以完成受精，将受精后的卵子移植到雌性小鼠子宫内，小鼠繁殖出了健康的后代。本文更多为科普性质，仅供读者阅读，内容部分为从网络摘取。在讲解文章前，按照惯例还是补充基本概念帮助大家理解文章的主要内容。这回就介绍一个简单的症状和一种Down syndrome is a
condition in which a person has an extra chromosome.1）体外活性
逆转素是一种新型Aurora激酶抑制剂，可抑制人急性髓系白血病细胞的集落形成。它是Aurora A和B的有效抑制剂，也是Aurora C激酶的抑制剂。激光A和B活性被80％抑制，激光激酶C被抑制55％，浓度为0.5μM，而对其他激酶没有观察到抑制或仅有适度的抑制。在第二轮实验中，逆转素的IC50在Aurora激酶A上测定为400nM，而Aurora激酶B和C IC50分别为500和400nM。在MEK1上测定的IC50>1.5μM，肌肉肌球蛋白（非肌肉肌球蛋白II的类似物）的IC50为350nM 。
2）体内活性
逆转素和阿司匹林的组合可以更有效地诱导细胞周期停滞和细胞凋亡。为了评估该组合的抗肿瘤效果，通过皮下建立异种移植裸鼠模型。接种宫颈癌细胞的小鼠在肿瘤接种后约16天损失了其初始体重的约10％。然而，肿瘤生长（肿瘤重量）减少，小鼠在联合组中存活时间更长。Sex chromosome disorders severely compromise
gametogenesis in both males and females. In oogenesis, the presence of an
additional Y chromosome or the loss of an X chromosome disturbs the robust
production of oocytes. Here we efficiently converted the XY chromosome set to
XX without an additional Y chromosome in mouse pluripotent stem (PS) cells. In
addition, this chromosomal alteration successfully eradicated trisomy 16, a
model of Down’s syndrome, in PS cells. Artificially produced euploid XX PS
cells differentiated into mature oocytes in culture with similar efficiency to
native XX PS cells. Using this method, we differentiated induced pluripotent
stem cells from the tail of a sexually mature male mouse into fully potent
oocytes, which gave rise to offspring after fertilization. This study provides
insights that could ameliorate infertility caused by sex chromosome or
autosomal disorders, and opens the possibility of bipaternal reproduction.文章引言中主要针对现有的雄性干细胞分化卵细胞的现存问题进行了讨论，主要包括：1. XY的分化能力差，成为卵子后与精子的结合能力非常低；2. 通过XO或者XY的干细胞分化出来培育的胚胎死亡率非常高，且发育不正常。所以，基于上述问题，需要找到一种方法，去除Y染色体并复制X染色体，这就是本文所做的工作。文中使用BVSCN2 XY胚胎干细胞作为染色体集合改变的模型携带Blimp1-mVenus，是原始生殖（PG）细胞的报告基因。为了监测胚胎干细胞中X染色体的数量，使用CRISPR-Cas9系统将DsRed表达载体敲入X染色体，生成BVSCN2 XRY ES细胞（图1a和扩展数据图1a）。首先尝试通过传代一个BVSCN2 XRY ES细胞克隆来去除Y染色体。与之前的研究结果一致，1-3%的XY PS细胞自发地失去了Y染色体14-16 ，我们发现有6% （87代中5个）8代产生的BVSCN2 XRY ES细胞亚克隆失去Y染色体，从而生成BVSCN2 XRO ES细胞。（Fig 1.a）接下来，作者尝试使用BVSCN2 XRO胚胎干细胞复制X染色体。然后，研究团队使用逆转素（Reversine）来处理细胞，这种化合物可以在细胞分裂过程中促进染色体错误分配。通过流式荧光仪器（X染色体结合染料后发出荧光强度不同），他们从中找到了出现两条X染色体的细胞，大概占2.1 ± 0.4 %。（Fig 1.b）后把XO, XY, XX类型的干细胞分化为卵细胞，发现确实是XX型的成长效果更好这张图片是对一种特殊症状的研究，即细胞中出现成倍染色体对分化的影响，作者主要是针对16号染色体（常见唐氏综合征的变异体）编译情况进行研究，并对其分化效果进行了探究，发现3倍染色体的问题会对胚胎分化的效果造成严重影响。在此基础上，研究团队为iPSC提供了形成未成熟卵子所需的遗传信号。然后，他们使用小鼠的精子来进行受精，并将产生的胚胎移植到雌性小鼠子宫中。研究团队表示，这些胚胎的存活率很低，移植的630个胚胎中，只有7个发育成幼崽（1.11%），但这些幼崽生长正常，成年后具有生育能力。该研究的领导者林克彦表示，这项技术距离医疗应用还有很长的路要走，因为小鼠与人类之间有很多差异，这项差异常常让生殖和干细胞生物学的发现从小鼠转化到临床的努力复杂化。目前，研究团队在仔细描述实验中的小鼠幼崽的特征，以寻找它们与正常生育的幼崽的不同之处。对于这项研究成果，日本京都大学发育生物学家 Mitinori Saitou 表示，在人类细胞上进行同样的技术，可能需要在实验室中培养卵细胞的时间更长，而培养周期变长，那么遗传突变和表观遗传异常都会累积。因此，培养时间越短越好。此外，基因组上的表观遗传标记对后代发育的影响超过对胚胎阶段的影响，因此，这项研究还需要进一步探索这些雄性小鼠细胞来源的卵子的表观遗传修饰及其长期影响。更重要的是，这项技术构建的胚胎的存活率还是太低了，还需要进一步提高成功率。
