對于人類來說，一個受精卵并不能保證繁殖成功。大多數胚胎在受精后的幾天內停止發育并死亡，通常是因為它們的染色體數量異常。現在，哥倫比亞大學瓦格洛斯醫學院的研究人員發現，這些錯誤中的大多數是由于在細胞分裂的最初階段DNA復制的自發錯誤。
這些發現為人類生殖的基礎生物學提供了新的見解，從長遠來看，可能會提高IVF繁殖成功率。這項研究發表在7月19日的Cell雜志上。
早期胚胎的挑戰性任務
人類卵子受精約24小時后，細胞分裂過程開始。在細胞分裂過程中，整個基因組，包括46條染色體包含30多億對DNA堿基對必須被忠實地復制。這些重復的染色體組必須被分離，以便每個子細胞得到一套完整的染色體組。
在許多為體外受精而創造的人類胚胎中，出現了一些問題，胚胎中的一些細胞染色體太少或太多。
“對早期胚胎來說，復制基因組是一項具有挑戰性的任務，”該研究的負責人、哥倫比亞大學發育細胞生物學(兒科)助理教授Dieter Egli博士說。
研究人員長期以來一直認為，錯誤發生在細胞分裂的最后階段，當重復的染色體組分裂成兩個相同的子細胞。這些失敗大多歸因于微管紡錘體的問題，該裝置將兩組染色體分開。
但Egli的研究發現，染色體異常源于細胞分裂過程中發生的錯誤，當基因組的DNA被復制時。他的研究發現，如果DNA不能精確復制，紡錘體就會出現故障，并將錯誤數量的染色體放入每個子細胞中。當DNA復制異常時，紡錘體不能正常工作。“在以前的研究中，這在很大程度上被忽視了——因為當這是正常發育的關鍵要求時，為什么胚胎會允許基因組的完整性受到損害？”
盡管這些研究是在培養皿中培育的胚胎進行的，包括接受體外受精的個體和沒有尋求生育治療的卵子捐贈者，但同樣的問題可能會導致人類自然繁殖的胚胎失敗。
DNA錯誤來源的線索
胚胎中DNA復制錯誤的來源似乎來自于DNA雙螺旋結構中的障礙。雖然這些障礙的確切原因尚不清楚，但它們會導致DNA復制暫停，甚至停止，從而導致DNA斷裂和染色體數量異常。
研究人員發現，在人類胚胎細胞分裂的第一個周期，以及隨后的細胞分裂中，自發的DNA錯誤可能會發生。如果早期胚胎中太多的細胞受到染色體異常的影響，胚胎就不能進一步發育。
試管嬰兒
大多數為體外受精而創造的人類胚胎在受精后的幾天內停止發育。人類發展的這種低效是成功生育治療的障礙。
“許多接受生育治療的女性需要多個體外受精周期才能懷孕，有些人甚至從未懷孕。這不僅非常昂貴，而且在情感上也很讓人接受 。”
研究人員正在計劃進一步研究DNA在復制過程中的損傷，希望了解人類生殖系中正常的和致病的變異。從長遠來看，這些研究可能會為體外受精患者帶來降低基因異常和胚胎損耗風險的方法。