小鼠核移植胚胎胎盘发育表观遗传缺陷的对比研究
批准号:
32100652
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
杨光
依托单位:
学科分类:
早期胚胎发育及细胞谱系建立
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨光
中文摘要
体细胞核移植(SCNT)胚胎胎盘往往异常增大,是胚胎发育率低的重要因素之一,也阻碍了SCNT的应用。但造成SCNT胎盘过大的机制并不清楚,且目前缺乏不破坏基因组又有效挽救胎盘的方法。我们的研究鉴定并揭示转录因子DUX一定程度上缩小SCNT胎盘。在此基础上,本项目拟研究自然受精、SCNT、过表达Dux或敲降Dnmt3a/b的SCNT胎盘,测定其单细胞转录与染色质开放,阐述SCNT胎盘不同类型细胞染色质重塑的异常及过表达Dux或敲降Dnmt3a/b对其挽救的模式与机制。结合早期胚胎不同时期的表观数据,鉴定造成SCNT胎盘异常的特定区域表观修饰与关键转录因子,并揭示其调控机制。再通过CRISPR-表观修饰酶或转录因子靶向修复SCNT胚胎中异常表观修饰,实现对胎盘缺陷的挽救并提高SCNT胚胎发育率。本项目成果将完善SCNT效率的调控机制,促进其在基础研究、畜牧业育种与濒危物种保护中的应用。
英文摘要
The placenta of somatic cell nuclear transfer (SCNT) embryos is often abnormally large, which is one of the important factors for low embryo development rate and hinders the application of SCNT. However, the mechanisms responsible for the oversized placenta in SCNT are not clear, and there is a lack of methods to effectively rescue the placenta without preserving the integrity the genome. Our study identifies and reveals that the transcription factor DUX shrinks the SCNT placenta to some extent. Based on this, we propose to study SCNT placentas with natural fertilization, SCNT, overexpression of Dux or knockdown of Dnmt3a/b, to depict their single-cell transcription and chromatin opening, and to elucidate the abnormalities of chromatin remodeling in different cell types of SCNT placentas and and mechanism of their rescue by overexpression of Dux or knockdown of Dnmt3a/b. By combining epigenetic data from different periods of early embryos, we could identify specific regional epigenetic modifications and key transcription factors causing SCNT placenta abnormalities and reveal their regulatory mechanisms. The abnormal epigenetic modifications in SCNT embryos will then be targeted by CRISPR-epigenetic modifying enzymes or transcription factors to repair the abnormal epigenetic modifications and to achieve rescue of placental defects and to finally improve the developmental rate of SCNT embryos. The results of this project will improve the efficiency of SCNT and broaden its application in scientific research, livestock breeding and endangered species conservation.
体细胞核移植(SCNT)技术是生物医学领域的重要突破,在动物克隆、濒危物种保护和再生医学等方面具有广泛应用前景。然而,克隆效率普遍较低,其中胎盘发育异常是主要原因之一。目前,克隆胎盘异常的分子机制仍不清楚,限制了克隆技术的进一步发展。对E12.5、E14.5和E18.5时期的SCNT与正常受精(NF)胎盘进行单细胞多组学测序分析,系统研究了不同发育时期克隆小鼠胎盘的细胞异质性和发育异常机制。通过整合分析单细胞转录组和染色质可及性数据,我们发现克隆胎盘存在显著的DNA损伤,导致细胞周期阻滞和分化延迟。在此基础上,我们揭示了两个关键的发育异常:交互区糖原滋养层细胞(GlyT)的异常积累和迷路层血管发育不良。研究发现,克隆胎盘中海绵滋养层前体细胞出现异常分化轨迹,倾向于向GlyT方向分化,导致E18.5时期GlyT细胞比例显著增加。同时,由于DNA损伤导致的细胞周期阻滞,内皮细胞发育受阻,且与合体滋养层细胞II之间的VEGF信号通路互作减弱,最终导致血管发育不良和胎盘缺氧。进一步研究发现,这些DNA损伤位点主要来自供体细胞,与组蛋白修饰水平降低相关。重要的是,通过促进DNA损伤修复,克隆胎盘的结构和功能得到显著改善,包括细胞分化正常化、血管发育改善和胎盘肥大症状缓解。这一发现为提高克隆效率提供了新的治疗策略。本研究首次系统阐述了克隆胎盘发育异常的分子机制,不仅加深了对胎盘发育调控的认识,也为改进克隆技术提供了重要理论依据。这些发现对发育生物学、生殖医学和再生医学领域具有重要的科学意义和应用价值。
国内基金
海外基金