山梨大学研究生院医工农学综合教育部统合应用生命科学专业的柴崎郁江（博士生）、山梨大学发育工学研究中心的若山照彦教授、以及Konohana妇产科（位于山梨县甲斐市）等组成的研究团队宣布，成功从染色体异常的小鼠受精卵中取出了异常染色体并进行了解析。研究发现，约半数的微核含有两条以上染色体的片段，某些特定染色体未发生分离异常。这一成果有望为寻找分离异常的原因和开发预防方法提供线索。相关研究成果已发表在国际学术期刊《Communications Biology》2024年12月26日刊上。
图1：小鼠2细胞期胚胎的微核（供图：山梨大学）
微核直径为数μm，在明视野中无法观察，但可通过荧光显微镜观察到。
受精卵中染色体分离异常是导致流产的原因之一，异常染色体会在2细胞期形成微核，但这些微核很小，直径仅有数μm，过去无法进行详细的研究。因此，在不孕不育治疗领域，通常通过观察胚胎的外观和发育速度等可见指标来筛选良好胚胎。然而，即使是具有微核的异常胚胎，其外观和初期发育通常也都表现正常，因此很难识别胚胎良好与否。
为了研究分离异常的染色体和微核，研究团队进行过受精卵单细胞遗传基因组的全面分析，或者通过福尔马林固定受精卵进行染色体观察，但这些方法无法有效检测异常染色体。
此次，研究团队开发了不破坏胚胎的情况下从染色体异常的小鼠2细胞期胚胎中提取微核的技术，并尝试对提取的微核进行基因分析。
为了增加染色体异常的胚胎，研究团队将冻干小鼠精子通过显微注射注入卵子，随后注入用于使染色体发光的mRNA。接下来，研究团队通过研究微核与细胞骨架的关系及染色体上的着丝粒等，确认了微核在2细胞期胚胎中的状态。
研究团队对成功提取的微核逐一进行了全面基因分析（DNA-Sequencing方法），确定微核所含染色体的数量、结构和染色体编号。
对提取的微核进行研究后发现，超过半数仅含有一条染色体，但也有最大包含四条染色体的微核。同时，不论染色体的大小如何，微核中所含染色体的频率是随机的。
今后，研究团队的目标是弄清含有异常染色体的受精卵是否正常，以及异常分离的原因等，从而显著改善生育质量。
研究团队今后将进一步揭示摘除异常染色体的受精卵的正常性及分离异常产生的原因，以明显改善生育质量。
此外，除了成功提取染色体，研究团队还成功将其移植到另一个卵子中。未来，预计该技术有望应用于像唐氏综合症或特纳综合症等染色体数目异常的胚胎重新正常化的治疗中。
若山教授表示：“异常染色体的大小仅为数μm，将其从直径为80μm的受精卵中提取出来非常困难，直到现在还没有人成功过。我们通过不断试验，最终成功地在不破坏受精卵的情况下提取并解析了异常染色体。目前，我们通过基因检测发现并排除异常受精卵，但我认为未来有可能对受精卵进行治疗。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Communications Biology
论文：Extracting and analyzing micronuclei from mouse two-cell embryos fertilized with freeze-dried spermatozoa
URL：https://www.nature.com/articles/s42003-024-07358-0
