跳动城乡网日本理化学研究所生物系统动力学中心(BDR)的研究人员的最新发现 了数十年来关于DNA复制的假设。由IchiroHiratani及其同事领导的实验于8月28日发表在《自然》杂志上，表明早期胚胎中的DNA复制与过去的研究不同，其中包括一段容易发生染色体复制错误的不稳定时期。
由于妊娠失败和发育障碍通常与染色体异常有关，该研究结果可能会对生殖医学领域产生影响，或许有助于改进体外受精(IVF)的方法。
在胚胎发生过程中，最初受精的卵子会分裂，每组新的子细胞也会分裂。到受精后第三天，胚胎已经历三次分裂，包含16个细胞。每次细胞分裂都伴随着DNA复制，确保每个子细胞都包含整个基因组的副本。
在这项新研究中，RIKENBDR研究团队着手描述早期胚胎中DNA复制过程的性质。他们使用自制的单细胞基因组学技术scRepli-seq，并将其应用于正在发育的小鼠胚胎。
利用这项技术，研究小组能够在DNA复制期间的不同时间拍摄单个胚胎细胞DNA的快照。他们的发现与科学家们对胚胎中DNA复制的假设相矛盾。
Hiratani表示：“我们在小鼠胚胎发育早期发现了多种特殊类型的DNA复制，这是以前从未见过的。此外，我们还发现，在某些时候，基因组DNA会暂时不稳定，染色体畸变率会升高。”
教科书告诉我们，DNA不会一次性全部复制。相反，染色体的不同区域会按照特定顺序进行复制。该团队的第一个发现是，在成熟细胞中观察到的复制时间域直到胚胎有4个细胞时才存在。这意味着与最终身体中的任何其他细胞不同，DNA在1细胞和2细胞胚胎中是均匀复制的，而不是连续复制。
每次染色体的一部分为了复制而解开时，DNA区域就会解开，形成一个看起来像岔路的结构。为了继续复制，岔路必须沿着DNA链向下移动，重新拉上复制的区域并解开下一个部分。
该团队的第二个发现是，在胚胎发生的1、2和4细胞阶段，叉速比8细胞阶段后慢得多。现在可以将4细胞胚胎看作是一个过渡阶段，在此阶段，DNA复制由均匀变为连续，同时仍表现出1和2细胞胚胎特有的缓慢叉速运动。相比之下，8细胞胚胎更类似于成熟细胞，表现出连续复制和快速叉速运动。
受精后最初几天内DNA复制错误通常会导致染色体异常，例如多余拷贝、缺失拷贝、断裂或不完整拷贝。其中一些复制错误会导致流产，而另一些则会导致发育障碍，如唐氏综合症(也称为21三体综合症)。该团队的第三个发现是，染色体复制错误的频率在早期胚胎中暂时升高，最常见于4细胞阶段。
研究人员再次使用scRepli-seq，这次是为了检测染色体拷贝数异常。他们发现，在1细胞和2细胞阶段之间或8细胞和16细胞阶段之间的过渡期间，很少发生错误。
另一方面，13%的细胞在4细胞和8细胞阶段的过渡期间出现染色体异常，这可能是由于4细胞阶段的复制错误造成的。进一步的测试表明，此阶段的复制错误与缓慢移动的叉子有关。
“我们的发现引出了许多新问题，”Hiratani说道。“例如，这一系列现象是否在包括人类胚胎在内的其他物种中进化保留?染色体畸变细胞的后续命运如何?”
除了指导未来的基础研究之外，这一发现还可以帮助受精诊所制定更好的策略，以尽量减少受精后最初几天常见的染色体异常。
