人类卵子受精几个小时后，细胞分裂的过程开始于基因组的复制。这是发展过程中压力最大的时期之一。
在细胞分裂过程中，整个基因组——46条染色体包含超过30亿个碱基对的dna——必须被复制。
哥伦比亚大学干细胞科学家迪特尔·埃格利说:“复制基因组，使每个新细胞都有一个副本，这对早期胚胎来说是一个巨大的挑战。”几年前，他发现这个过程是多么的危险。“我们在研究中发现，胚胎不仅在复制过程中经常出现问题，而且解决问题的能力也很差。”
当胚胎不能解决它们的复制问题时，它们就会开始出错。整个染色体可能错位。这种基因组不稳定的结果往往是胚胎的死亡。
人类胚胎似乎特别难以应对复制压力。
受精后6天的人类胚胎。大多数体外受精的人类胚胎在最初几天就会停止发育。图片由Dieter Egli /哥伦比亚大学欧文医学中心提供。
“大多数体外受精的人类胚胎在最初几天就会停止发育，而我们在老鼠身上没有看到这种情况，”Egli说。“我们知道小鼠存在复制压力。他们只是处理得更好。
“现在的问题是什么导致了复制压力，胚胎如何处理它，以及我们能做些什么来防止体外受精过程中的遗传和发育异常，以创造更有效、更安全、更实惠的生育治疗方法。”
在凯克基金会的支持下，这些问题正在推动Egli和哥伦比亚大学癌症研究员Juan Manuel Schvartzman的新合作。
从癌症中吸取的教训可能有助于Egli和Schvartzman更好地理解早期人类胚胎所承受的压力以及它们如何应对。“两种类型的细胞都经历了复制压力，实际上癌细胞与早期胚胎细胞的相似之处非常令人惊讶，”Schvartzman说。
癌症和胚胎的相似之处nic细胞
人类胚胎与癌细胞有着同样的基因组不稳定性和混乱，这让研究人员困惑了几十年:当基因组完整性是正常发育的必要条件时，为什么胚胎细胞会表现得像肿瘤细胞?
Schvartzman研究癌细胞的新陈代谢，并了解到某些代谢物会在癌细胞中引起复制压力，从而在压力引发的基因组损伤上茁壮成长。在胚胎细胞中也发现了高浓度的这些代谢物，这些代谢物不会在损害中茁壮成长。
“我们在这里测试的想法是，复制压力是胚胎中存在的代谢变化的结果。我们有办法改变这种代谢环境，希望这些干预措施可以提高生育治疗的成功率。”
Egli和Schvartzman的研究将依赖于人类胚胎，但由于美国国立卫生研究院不资助此类研究，凯克基金会的新资助至关重要。Egli补充说，禁止NIH资助早期人类胚胎的研究确实损害了我们对自身发展的理解。
DNA损伤。在一个3天大的人类胚胎中，绿色斑点标志着DNA的断裂，这是由复制压力引起的，这一过程也发生在癌细胞中。图片由Dieter Egli /哥伦比亚大学欧文医学中心提供。
“我们对苍蝇或蠕虫的早期发育的了解比我们对人类的了解要多，其中一个原因当然是道德上的，”Egli说。“有了这笔可观的资金，我们就有了一个非凡的机会，可以极大地推动科学的发展。我们非常感谢基金会。”
指导方针允许研究人员将人类胚胎培养到第14天，但Egli和Schvartzman的研究将集中在受精后的头几天。
这项研究的好处可能不仅仅是改善生育治疗。
Egli说:“在这个充满压力的时期发生的可行的基因变化可能会影响胎儿、孕期、新生儿和成年人的健康。”
“我们真的不太了解早期发育中基因组不稳定的窗口如何影响我们成年后的健康，了解这一点非常重要。它可以很好地帮助我们了解许多不同领域的健康和疾病。”
参考文献
Additio部分信息
上图为蔡司显微镜CC BY-SA 2.0的早期人类胚胎。
Dieter Egli博士是哥伦比亚大学Vagelos内科和外科医学院发育细胞生物学副教授，在儿科和妇产科、Naomi Berrie糖尿病中心和哥伦比亚干细胞倡议部门任职。
Juan-Manuel Schvartzman，医学博士，哥伦比亚大学Vagelos内科和外科医生学院血液学和肿瘤学部门以及Herbert Irving综合癌症中心的医学助理教授。他是哥伦比亚医生的医学肿瘤学家，在那里他专门治疗胃肠道癌症患者。
W. M. Keck基金会于1954年由William Myron Keck在洛杉矶成立，他是Superior石油公司的创始人。凯克基金会是美国最大的慈善组织之一，支持杰出的科学、工程和医学研究。该基金会还支持本科教育，并在南加州维持一个项目，以支持艺术和文化、教育、卫生和社区服务项目。
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