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线粒体是真核细胞内重要的半自主性细胞器,通过氧化磷酸化合成三磷酸腺苷(ATP),为细胞的各种生理活动提供能量。线粒体大量增殖发生于囊胚孵出阶段,前期胚胎所有的耗能活动主要依靠卵母细胞内数量有限的线粒体,胚胎附植前任何影响线粒体功能的不良因素都会直接关系到胚胎的正常发育。受精前卵母细胞中线粒体应有一定的数量才能保证有足够数量的线粒体受精后被分配到每个卵裂球中,并且每个卵裂球中有足够数量的线粒体DNA(mtDNA),以满足附植早期胚胎mtDNA的复制。胚胎发育需要一定的ATP,如果卵母细胞内的ATP低于一定的阀值,影响其生理功能,使卵母细胞不能正常发育。现已有线粒体转移改善人受精卵发育的报道,但未见有线粒体转移对孤雌激活胚胎发育影响的报道。本文对牛卵丘颗粒细胞体外培养、牛颗粒细胞线粒体提取和鉴定及线粒体转移对牛孤雌激活胚胎发育的影响三个方面进行了研究探讨。目的在于提高孤雌激活胚胎的发育,促进由孤雌激活胚胎或其他类型胚胎分离胚胎干细胞的工作。
1、牛卵丘颗粒细胞用高糖DMEM+10%(V/V)NBS,在38℃、5%CO2、饱和湿度进行培养时,刚贴壁未形成紧密接触时,细胞形态为星状,胞体多为三角形、极少为梭形。2d后颗粒细胞基本汇合形成单层,形态为多角形,呈铺路石样,细胞间界限不清。体外培养的颗粒细胞增殖能力随传代次数增加而下降,到第1、3、6代颗粒细胞凋亡率分别为11.45%,16.63%和39.23%。
2、采用RSB低渗液使颗粒细胞膨胀8min,匀浆破碎细胞,加入高渗液2.5×MS使溶液等渗,经差速离心提取牛卵丘颗粒细胞线粒体。经透射电子显微镜观察,线粒体外膜和内部嵴完整;用活线粒体特异性的荧光探针MitoTrackerGreenFM(100nM)标记提取的线粒体,用LEICA荧光显微镜观察,线粒体发出很强的绿色荧光。表明提取的线粒体活性良好。线粒体在高糖DMEM+10%(V/V)NBS中,4℃条件下保存,在LEICA荧光显微镜下,10h时已检测不到有活性的线粒体存在。本实验向牛卵母细胞内转移的线粒体体外保存时间小于1h,以保证转移活线粒体的数量。
3、在LEICA显微操作仪下,用自制的内径10μm的注射针,将一个牛卵母细胞直径长度的线粒体悬液注射到卵胞质中,每个卵母细胞转移的线粒体数量为3000个左右。转移的悬液体积只占一个牛卵母细胞体积的0.52%,受体牛卵母细胞体积变化很小。对照组卵母细胞分为两组:一组转移胚胎培养液,另一组正常激活。各组卵母细胞在5μM离子酶素(Ionomycin)的胚胎培养液中5min。再转移到含2mM/L6-DMAP+5μg/mL细胞松弛素B的胚胎培养液中,激活培养4h,用胚胎培养液洗涤3次后,和单层颗粒细胞共培养,每48h半量换液1次。实验结果:①激活率:线粒体转移和胚胎培养液转移的卵母细胞差异不明显,但都明显低于正常的未经注射正常激活的卵母细胞(p<0.05)②卵裂率:线粒体转移的卵母细胞和正常激活的卵母细胞差异不明显(p>0.05),但都明显高于转移胚胎培养液的卵母细胞(p<0.05)③桑椹胚率:线粒体转移的卵母细胞明显高于胚胎培养液转移的卵母细胞(p<0.01)和正常激活的卵母细胞(p<0.01)。
本实验结果显示,卵丘颗粒细胞线粒体转移可提高孤雌激活胚胎桑椹胚的发育能力。