冷冻电镜技术(Cryo-EM)近年来在结构生物学领域取得了重大突破,也为纺锤体卵冷冻研究提供了新的视角。通过将生物样品冷冻至极低温并在电子显微镜下进行观察和成像,冷冻电镜能够揭示生物大分子的高分辨率结构,包括纺锤体微管等精细结构。这一技术不仅克服了传统电镜技术对样品制备的严格要求,还能够在接近生理状态下观察纺锤体的形态和功能,为无损观察纺锤体提供了强有力的技术支持。无损观察纺锤体技术能够实时监测冷冻过程中纺锤体的形态变化,从而准确评估冷冻保存的效果。通过对比冷冻前后纺锤体的形态和稳定性,研究者可以优化冷冻保护剂的配方和浓度,以及改进冷冻程序,减少冷冻损伤,提高解冻后卵母细胞的存活率和发育潜能。纺锤体在细胞分裂中扮演关键角色,确保遗传物质均等分配。美国核移植纺锤体卵质量评估
纺锤体生成
在含中心体的细胞中,纺锤体的生成开始于细胞分裂前初期 - 即在细胞核膜分解(Nuclear Envelope Breakdown, NEB)之前。初期的结构为两个**的以中心体为核的星状体(asters)。当细胞核膜分解后,染色体和星状体发生一系列复杂的互动反应。**终结果为所有的染色体在纺锤体的**(赤道板,)排列整齐,每两条染色体有一个着丝点,每一个着丝点被一束极性相同的微管(通常称为纺锤丝)附着。此时细胞处于分裂中期,纺锤体生成完毕。实验证明,中心体在这个过程中的作用不是必需的。动物细胞在中心体被激光捣毁后仍旧能够筑构纺锤体,但其位置通常不在细胞的大致几何中心,其后的胞质分裂也会受严重影响。纺锤体 [1]
在不含中心体的细胞中,纺锤体的生成是由染色体本身主导的。此过程由一小分子量的GTP连接蛋白(Ran GTPase)控制。细胞核分解后,纺锤丝由染色体周围生成。其后这些纺锤丝会在动力分子与为微管动力的合作影响下自动排列为极性相反大致数目相同的两组。每组的极性相对于一组着丝点。同时在微管远端的动力蛋白 dynein 会将这些微管束集中到一点,形成纺锤极区(Spindle Polar Zone)。与此同时,染色体会自动在赤道板排列整齐。纺锤体生成完毕。 上海纺锤体实时成像纺锤体揭示卵母细胞关键结构纺锤体在细胞分裂中的功能受到细胞内外环境的共同影响。
纺锤体是如何形成的(2)
动粒微管连接染色体动粒与位于两极的中心体。在有丝分裂前期,一旦核被膜解聚,由相反两个方向的中心体伸出的动粒微管就会随机地与染色体上的动粒结合而俘获染色体,微管**终附着在动粒上,动粒微管把染色体和纺锤体连接在一起。在细胞分裂期的后期,分开后的染色单体被拉向两极。染色体移动由两个相互独立且同步进行的过程所介导,分别为过程A和过程B。在过程A中,在连接微管和动粒的马达蛋白的作用下,动粒微管解聚缩短,在动粒处产生的拉力使染色体移向两极。极间微管是从一个中心体伸出的某些微管与从另一个中心体伸出的微管相互作用,阻止了它们的解聚,从而使微管结构相对稳定,两套微管的这种结合形成了有丝分裂纺锤体的基本框架,具有典型的两极形态,产生这些微管的两个中心体称为纺锤极,这些相互作用的微管被称为极间微管。在有丝分裂后期过程B中,极间微管的伸长和相互间的滑行使纺锤极向两极方向移动。星体微管从中心体向周围呈辐射状分布,在有丝分裂后期过程B中,每一纺锤极上向外伸展的星体微管发出向外的力,拉动两个纺锤极向两极方向移动。
选择合适的冷冻保护剂是减少冷冻损伤的关键。然而,不同浓度的冷冻保护剂对MI期卵母细胞纺锤体的影响各异,需要通过大量实验进行优化。此外,冷冻保护剂的渗透性和毒性也是需要考虑的因素。冷冻和解冻过程中的温度控制、时间控制以及操作手法等都会对MI期卵母细胞的纺锤体造成影响。因此,需要不断优化冷冻和解冻程序,以减少对纺锤体的损伤。近年来,研究者们通过不断尝试和优化冷冻保护剂的配方,取得了进展。例如,一些研究表明,使用高浓度的蔗糖作为冷冻保护剂可以提高MI期卵母细胞的存活率和纺锤体稳定性。此外,还有一些新型冷冻保护剂如乙二醇、丙二醇等也被应用于MI期卵母细胞的冷冻保存中。纺锤体在细胞分裂过程中经历明显的形态和结构变化。
液晶偏振光显微镜是一种将液晶可变减速器、电子成像及数码成像技术结合起来的成像系统,能够观测到具有双折性特征的细胞结构,如纺锤体和透明带。Polscope成像系统无需对细胞进行固定和染色,因此能够评估卵母细胞的质量与纺锤体、透明带等的相关性。在纺锤体卵冷冻研究中,Polscope成像系统可用于实时监测冷冻过程中纺锤体的形态变化,评估冷冻保护剂的效果和冷冻速率对纺锤体的影响。此外,解冻后也可利用Polscope成像系统评估纺锤体的恢复情况和稳定性,从而筛选出高质量的卵母细胞进行后续操作。纺锤体微管网络的动态变化揭示了细胞分裂过程中分子层面的奥秘。武汉辅助生殖纺锤体厂家
研究纺锤体有助于理解细胞分裂的分子机制。美国核移植纺锤体卵质量评估
纺锤体观测新技术提升“试管婴儿”胚胎受精率
什么是纺锤体观测仪?
纺锤体观测仪是利用光线经过双折射性的物体时产生的光程差,对卵母细胞内的纺锤体进行动态及无创观察的显微观测系统。
纺锤体观测仪主要有什么用处?
纺锤体观测仪主要用于ICSI注射时纺锤**置观测,避免ICSI注射时对卵子的纺锤体损伤。
目前的ICSI注射方法是:假定成熟的MII卵母细胞的纺锤体靠近***极体,通过定位***极**置于6点或12点方向,在垂直于***极体的3点钟方向注入精子。但事实上,纺锤体的位置不是固定不变的,***极体不能精细预测所有卵母细胞纺锤体的位置,约39%的纺锤体并不能通过***极体预测。传统的ICSI注射很可能损坏纺锤体,若纺锤体损伤很可能导致卵母细胞死亡或染色体异常。因此,在ICSI注射时对纺锤体进行观察,对于ICSI操作和受精结局都有非常重要的意义,可以显著提高ICSI受精率,有大量文献报道正常受精率在观察到纺锤体的卵子中***高于未观察到纺锤体的卵子(83.3% VS 77.2%)。
纺锤体仪还有什么作用?
纺锤体观测仪还可以对一代受精后的卵母细胞受精情况进行评估,选择未受精的卵母细胞进行补救ICSI***。 美国核移植纺锤体卵质量评估
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