早期人類胚胎的研究表明，受精後的DNA複制效率非常低。這會導緻DNA損傷、染色體斷裂和染色體數量異常，損害胚胎發育。

人類卵子的受精作用将母親和父親的DNA結合到一個細胞中。對從受精卵發育而來的數萬億子代細胞來說，親代DNA的準确無誤遺傳是至關重要的。

近日，科學家在《細胞》雜志上撰文報導，由于胚胎第一次分裂前親本基因組複制效率低且不完整，DNA的遺傳通常在受精後發育的非常早期就發生錯誤。

受精作用

雙親的基因組在受精卵中的整合涉及生命階段一些獨有的步驟。母系染色體和父系染色體最初由兩個獨立的細胞核包裹，它們必須結合在一起。

受精後，染色體需要通過添加和去除表觀遺傳修飾，并進行DNA複制，以确保受精卵分裂為兩個細胞時具有兩個完整的基因組。所有這些都是在沒有發生轉錄的情況下發生的。

盡管研究人員發現了這些異常情況，但人類受精卵是否能夠高效且無DNA損傷地複制和遺傳親代基因組的機制仍不清楚。

受精卵第一次分裂

通過研究了DNA複制前後人類受精卵的親本基因組，研究者注意到，受精後DNA損傷無法直接檢測到，但在DNA複制完成後，約有50%的受精卵存在DNA損傷。

進一步的研究揭示了DNA複制應激啟動的迹象。當DNA雙鍊展開為DNA複制提供條件時，就會形成複制叉，并随着複制的進行沿着DNA鍊移動。DNA複制應激啟動的迹象涉及了複制叉結構形成的緩慢或複制叉移動的停滞。

DNA複制叉圖解

值得注意的是，與胚胎發育後期的細胞相比，受精卵中複制叉沿着DNA移動的速度非常慢。因此，研究者進一步探究是否有些受精卵在分裂前不能完成DNA複制。

如果受精卵在分裂前不能完成DNA複制，這對胚胎是非常危險的！複制不完全的染色體可能會發生斷裂，導緻染色體的一部分丢失，這種情況被稱為節段性非整倍染色體。這種情況影響15-25%的人類胚胎，并被認為會導緻胚胎衰竭。

研究者發現，在受精卵分裂前不久阻斷DNA複制時，染色體斷裂明顯增加。這表明，某些DNA區域确實隻在受精卵分裂前不久才複制。

這些DNA區域有時會在受精卵分裂前無法複制嗎?為了驗證這一假設，研究者檢查了未受幹擾的胚胎，發現染色體經常在外顯子基因缺乏的區域斷裂。

同時，這些區域複制較晚，斷裂位點與阻斷DNA複制誘導的斷裂位點重疊。這些數據強烈表明，DNA複制應激啟動導緻人類胚胎的節段性非整倍染色體。

染色體錯誤對胎兒是緻命的

DNA複制應激也可導緻整個染色體在細胞分裂期間不正确分布。這會導緻一種稱為全染色體非整倍體的情況，即細胞的染色體數量不正确。

50%以上的人類胚胎含有這種類型的非整倍體細胞，這被認為是胚胎衰竭和流産的主要原因。

研究者進一步探索了人類受精卵的DNA複制應激是否會導緻全染色體非整倍體。他們使用了與之前類似的實驗方法，但抑制DNA複制的時間更長。

細胞分裂後，經處理的受精卵比未經處理的受精卵更有可能表現出全染色體非整倍體。因此，DNA複制應激可能是人類胚胎中常見全染色體非整倍染色體的原因之一。

有趣的是，研究者發現DNA在小鼠受精卵中也緩慢複制。然而，小鼠受精卵不容易出現缺陷。

小鼠胚胎發育圖譜

進一步的研究表明，小鼠和人類受精卵處理停滞的複制叉的方式存在差異。小鼠受精卵有效地産生DNA損傷焦點，參與DNA修複的蛋白質在斷裂處聚集進行DNA修複。

編碼涉及DNA修複或染色體斷裂的蛋白質的RNA在小鼠受精卵中的水平顯著高于人類受精卵中的水平。人類受精卵更容易發生染色體斷裂。

與之前研究相符，這項研究揭示了小鼠和人類胚胎之間的差異。盡管小鼠胚胎是一個非常實用的模型，但小鼠胚胎與人類胚胎仍存在一定程度的差異。

人類胚胎發育初期的DNA複制錯誤

研究為未來的探索帶來了很多重要的啟示。

例如，确定人類受精卵DNA複制應激啟動的相關因素。也許這些誘導DNA複制應激啟動的因素與受精卵的獨特特性以及親本基因組在受精後發生的全面變化有關。研究DNA複制應激啟動在後期胚胎細胞中對胚胎發育的影響也将很有意義。

這項研究也引起我們的思考，為什麼人類胚胎沒有進化到能夠更有效地複制DNA和分離染色體？

這項研究也給我們帶來警示，任何應用于受精卵敏感階段的胚胎人為操作都有可能會對胚胎産生不可預知的影響。這些包括體外受精、胚胎冷凍等輔助生殖操作。

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