Science：科學家讓性染色體三體小鼠繁殖出健康後代

生物探索

編者按

8月17日發表在Science上的一篇研究文章中，英國Francis Crick研究所和日本京都大學的科學家們利用三體染色體丟失現象，去除多餘的性染色體，讓性染色體數目異常綜合征模式小鼠繁殖出健康後代。

XXY染色體

科學家們從基因不育的雄性小鼠身上培育出了健康的後代，為解決人類不育的常見遺傳原因提供了一種可能的新途徑。

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什麼是性染色體數目異常綜合征

我們的性別是由X和Y染色體決定的。通常，女孩有兩個X染色體（XX），男孩有一個X和一個Y（XY），但在性染色體數目異常綜合征的男性中會出現多一個額外的X或Y。三個而不是兩個性染色體會破壞成熟精子的形成並導致不育。

其中Klinefelter綜合征患者性染色體為XXY，即比正常男性多了一條X染色體。Klinefelter綜合征的發病率相當高，男性新生兒中達到1.2‰。根據白種人的資料，在因不育而就診者中約為1/20。額外的X是由於親代減數分裂時X染色體不分離的結果。XYY綜合征在男嬰中的發生率為1：900。XYY核型是父親精子形成過程中第二次減數分裂時發生Y染色體不分離的結果。

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三體染色體丟失現象讓幹細胞成為可育精子

8月17日發表在Science上的一篇研究文章中，英國FrancisCrick研究所和日本京都大學的科學家們合作發現了一種去除多餘的性染色體來繁殖後代的方法。如果該發現可以安全地轉移到人類，它最終可能讓Klinefelter綜合征（XXY）或雙Y綜合征（XYY）的男性不孕患者通過輔助生殖使用這種技術生育孩子。

研究團隊從XXY和XYY小鼠獲取耳朵的組織進行培養，收集稱為成纖維細胞的結締組織細胞。他們將成纖維細胞轉化為幹細胞，並注意到在這個過程中，一些細胞失去了額外的性染色體。這種現象研究人員稱為三體染色體丟失（trisomy-biased chromosome loss，TCL）。用已有的方法，他們使用特定的化學信號來引導幹細胞變成有可能成為精子的細胞。這些細胞進入宿主小鼠的睾丸後發育成成熟精子。然後，研究人員利用成熟的精子，通過輔助生殖，培育出健康、可育的後代。

實驗流程

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該方法運用到人類身上的前景

第一作者Takayuki Hirota說：「我們的方法允許我們從不育的XXY和XYY小鼠培養可育後代。有一天，同樣的方法是否可以用於三個性染色體男性的生育治療，將是一件很有趣的事情。」

不僅僅是有趣，應用到人類身上成功的可能性很大，因為在初步實驗中，研究小組發現，從Klinefelter綜合征患者的成纖維細胞產生幹細胞也會失去額外的性染色體。「三體染色體」丟失也適用於其他染色體，可以從一個唐氏綜合症的小鼠模型生成整倍體的iPSCs細胞。它也可以從人類的三體綜合征患者成纖維細胞產生整倍體細胞。該結果能克服其它三體表型相關的不孕症。

然而，在這種方法可以應用於人類之前，還需要進行更多的研究。Francis Crick研究所的組長，通訊作者之一James Turner解釋說：「目前還沒有辦法在人體外形成成熟的精子。在我們的小鼠實驗中，我們必須將可能成為精子的細胞注射回到睾丸中，幫助它們完成發育。但是我們發現這導致了一些小鼠受試對象的腫瘤。因此，在我們考慮用到人類之前，必須減少腫瘤形成的風險，或者在試管中發明一種產生成熟精子的方法。」

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參考資料：1）Fertile offspring from sterile sex chromosome trisomic mice

2）New technique overcomes genetic cause of infertility

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