2023年7月5日，美國賓夕法尼亞大學(xué)Nicolas Plachta研究組與Igenomix基金會(huì )Carlos Simon以及波士頓IVF-Eugin研究組合作在Cell上發(fā)表了文章Human embryo live imaging reveals nuclear DNA shedding during blastocyst expansion and biopsy，通過(guò)結合熒光染料以及實(shí)時(shí)活體成像揭示人類(lèi)胚體發(fā)育過(guò)程以及染色體分離動(dòng)力學(xué)特征，同時(shí)發(fā)現了人類(lèi)胚胎非整倍體的出現源自于染色體分離的錯誤以及核DNA脫落。 

       全球生育率下降，因此體外受精（in vitro fertilization，IVF）的嬰兒出生數量呈現指數性增長(cháng)。因此了解人類(lèi)胚胎植入前機制對于胚胎發(fā)育以及胚胎質(zhì)量的衡量是非常關(guān)鍵的。但是目前通過(guò)基因操作以及微量注射DNA或者mRNA到人類(lèi)胚胎中限制頗多，因此沒(méi)辦法在人體胚胎中進(jìn)行熒光蛋白的表達從而實(shí)現活體成像。另外，大多數捐贈的人體胚胎處于囊胚期，已經(jīng)發(fā)育到100-200個(gè)細胞階段，也沒(méi)辦法進(jìn)行顯微注射。因此，作者們思考如何進(jìn)行人類(lèi)胚胎的活體成像。

        為了創(chuàng )建無(wú)侵入性活體成像，作者們首先在活體胚胎植入前嘗試可透性的熒光染料，其中SPY650-DNA可以用于標記基因組DNA，而SPY55-actin用于標記肌動(dòng)蛋白，兩種熒光標記具有很高的信噪比。此外，細胞周期持續時(shí)間、發(fā)育時(shí)間以及囊胚進(jìn)展在熒光染料染色與未染色的胚胎中結果相似。這些結果說(shuō)明了SPY650-DNA以及SPY55-actin可透性染料用于活體成像的無(wú)害性。另外，兩種染色染色的結果與顯微注射組蛋白H2B mRNA H2B-GFP以及肌動(dòng)蛋白Utr-RFP所得到的標記結果類(lèi)似（圖1）。因而通過(guò)使用高通透性染料作者們實(shí)現了避免遺傳操作進(jìn)行活體胚胎成像的目標。

         通過(guò)對人體胚胎活體成像，作者們發(fā)現人體囊胚發(fā)育細胞分裂過(guò)程中會(huì )出現錯誤，染色體滯留（Lagging chromosomes）并最終形成微核。與小鼠胚胎發(fā)育不同的是，人類(lèi)胚胎的非整倍體不僅源于有絲分裂期染色體分離錯誤，也源于DNA的脫落，導致細胞質(zhì)中出現DNA。另外，通過(guò)對DNA脫落時(shí)間進(jìn)行分析，作者們發(fā)現這一現象只會(huì )出現在囊胚擴張的時(shí)間段而不會(huì )更早出現。
        為了弄清楚囊胚發(fā)育中滋養外胚層細胞亞群中細胞分裂出現DNA脫落的原因，作者們對角蛋白絲的組織網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行分析。角蛋白在各種組織中提供對細胞核的支持【1】。作者們發(fā)現將針對角蛋白K8以及K18的siRNA進(jìn)行2細胞期顯微注射，會(huì )導致其中一個(gè)細胞中角蛋白被破壞，并導致細胞核中DNA脫落增加，但是并不會(huì )影響caspase-3的陽(yáng)性細胞數量。因此，該結果說(shuō)明核周角蛋白表達較低滋養外胚層細胞更容易發(fā)生DNA脫落。核纖層蛋白LaminA在過(guò)表達K8以及K18 的胚胎中顯著(zhù)增加，同時(shí)胞質(zhì)中DNA水平也降低。這些結果說(shuō)明角蛋白提高對細胞核的保護作用，而機械應力會(huì )誘導DNA脫落。

       總的來(lái)說(shuō)，作者們的工作通過(guò)兩種高通透性染料SPY650-DNA以及SPY55-actin實(shí)現了對人體胚胎的活體成像。用于臨床監測或者遺傳檢測的胚胎活檢造成對人體胚胎的機械應力脅迫，增加DNA脫落的幾率，這一過(guò)程的機制與角蛋白對細胞核的支持作用相關(guān)。

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