Opublikowano Dodaj komentarz

naukowcy łamią zasady rozmnażania przez rozmnażanie myszy od rodziców jednopłciowych

aby zrobić ssaka, potrzebujesz jaja i spermy. Te dwa wymagane wkłady genetyczne historycznie oznaczały niepowodzenie w próbach wytworzenia potomstwa z połączenia męsko-męskiego lub żeńsko-żeńskiego. Ale poprzez zacieranie granic między jajkiem a plemnikiem z genetyczną zmianą, naukowcy pomagają nam teraz łamać zasady rozmnażania ssaków.

wczoraj w czasopiśmie Cell Stem Cell zespół naukowców z Chińskiej Akademii Nauk poinformował o narodzinach zdrowego potomstwa dla rodziców myszy tej samej płci. Modyfikując genomy jaj, aby przypominały genomy plemników, i odwrotnie, naukowcy byli w stanie przezwyciężyć poważną przeszkodę w reprodukcji biologicznej. Szczenięta ze związków żeńsko-żeńskich przetrwały dobrze do dorosłości, stając się nawet samymi matkami, a krótkotrwałe dzieci były witane przez duet tata-tata.

„To jest niesamowicie imponujące”, mówi Ava Mainieri, biolog, który bada genetykę reprodukcji na Uniwersytecie Harvarda. „Ta technologia ma około miliona implikacji na przyszłość.”

naukowcy byli w stanie przezwyciężyć długotrwałe wyzwanie związane z produkcją ssaków z jednopłciowymi rodzicami. Zazwyczaj zarodek ssaka potrzebuje dwóch genomów, z których każdy zawiera manuskrypt instrukcji genetycznych od matki lub ojca. W ten sposób płód dziedziczy po dwie kopie każdego pojedynczego genu. Ale dla wielu genów Kopia matki lub taty milczy. Całe regiony jednego genomu mogą zostać wyłączone, podczas gdy te same części kodu genetycznego drugiego rodzica pozostają nienaruszone.

„Jeśli nukleotydy DNA są tekstem, można je traktować jako spacje lub interpunkcję, które nadają znaczenie tak skomplikowanemu tekstowi”, wyjaśnia Mainieri, który nie był zaangażowany w badania.

dumna mama myszki z jej potomstwem. Matka mysz na tym zdjęciu urodziła się dwóm matkom i żyła tym, co naukowcy uważali za normalne, zdrowe życie.
dumna mama myszki z jej potomstwem. Matka mysz na tym zdjęciu urodziła się dwóm matkom i żyła tym, co naukowcy uważali za normalne, zdrowe życie. (Le-Yun Wang / Chińska Akademia Nauk)

wyzwanie polega na tym, że te przestrzenie i interpunkcje w każdym genomie muszą być odpowiednio ustawione—coś, co dzieje się naturalnie z męsko-żeńskimi rodzicami. To wybredne zjawisko nazywa się imprintingiem genomowym i ma kluczowe znaczenie dla rozmnażania ssaków. Jeśli kopie jednego z tych normalnie „odciśniętych” genów obu rodziców zostaną przypadkowo włączone, konsekwencje mogą być katastrofalne, produkując płody, które mają balon wielkości, walczą o pozyskanie składników odżywczych, a nawet w ogóle nie osiągają terminu.

dla naukowców próbujących hodować ssaki z rodzicami tej samej płci niezbędny proces imprintowania genomu stanowi poważną przeszkodę. Około połowy XX wieku, kiedy naukowcy podjęli jedne z pierwszych prób wytworzenia zarodków myszy z dwoma żeńskimi genomami, nie trwało długo, zanim matematyka łączenia jaj stała się niechlujna. Obie połówki instrukcji genetycznych odzwierciedlały odcisk matki, dezaktywację i aktywację tych samych regionów genomu-i bez ojcowskiej części równania niektóre geny były nadmiernie ekspresyjne, podczas gdy inne nigdy nie były prawidłowo włączone.

niedawno kohorta naukowców z Chińskiej Akademii Nauk pod przewodnictwem starszych autorów Wei Li, Qi Zhou i Bao-Yang Hu postanowiła wypróbować nowy zestaw narzędzi do rozwiązania tego problemu. Maksymalizacja ich szans na uzyskanie zdrowego potomstwa od rodziców tej samej płci oznaczała rozpoczęcie od możliwie najmniej odciśniętych komórek-komórek, które nie miały jeszcze interpunkcji w kodzie genetycznym. Naukowcy stworzyli niezwykły zestaw jaj i plemników poprzez wymazanie niektórych odcisków na genomie, zasadniczo cofając zegar na tych komórkach rozrodczych, dopóki nie przypominają one nieedytowanego pierwszego szkicu genetycznego manuskryptu.

uzbrojeni w arsenał „czystych” komórek naukowcy postanowili wyhodować myszy dwubiegunowe. Aby naśladować męskość, dodali własną wersję Ojcowskiego odcisku do czystej komórki jajowej, wycinając trzy znane odciśnięte regiony z jej genomu. Technika ta zasadniczo usunęła całe akapity lub rozdziały z genetycznego manuskryptu jaja, przekształcając go w komórkę rozrodczą, która działała bardziej jak plemnik. Następnie wstrzyknęli nowo zmanipulowaną komórkę do normalnego jaja innej samicy myszy.

ku ich zdziwieniu, 14 procent tych dwubiegunowych embrionów—w sumie 29 myszy—urodziło się zdrowymi kobietami (bez chromosomu Y w mieszance rozrodczej, mężczyźni byli gwarantowaną nieświadomością). Kilka myszy dwubiegunowych dorastało nawet do narodzin własnych zdrowych szczeniąt (tym razem dzięki bardziej naturalnym sposobom zapłodnienia). O ile naukowcy mogli powiedzieć, że bezdzietne myszy były fizycznie i behawioralnie zdrowe – ale Zhou wskazuje, że mogą występować braki u tych myszy, których zespół jeszcze nie odkrył.

przed nami jeszcze większe wyzwanie—dwunożne myszy. W 2004 r. po raz pierwszy wyhodowano szczenię myszy z dwiema matkami (choć ze znacznie niższym wskaźnikiem powodzenia niż w przypadku najnowszych prac). Myszy bez ojca były w pewnym sensie starymi wiadomościami. Myszy bez matki, z drugiej strony, byłyby „niesamowite”, mówi Hugo Creeth, którego niezrzeszona praca na Uniwersytecie w Cardiff również koncentruje się na imprintingu genetycznym.

jednym z głównych wyzwań rodzenia myszy z materiału genetycznego od dwóch mężczyzn, według University of Pennsylvania rozwojowej Biolog Marisa Bartolomei, jest to, że jest o wiele więcej imprinting, który musi się zdarzyć na genomu mamy dla niego, aby prawidłowo połączyć z taty. dodatkowa praca wymagane sprawiają, że męski Genom zachowywać się jak żeński Genom może być częścią powodu reprodukcji unisex w przyrodzie skosie w kierunku żeński-żeński sprzęgania. (Podczas gdy niektóre gady, płazy i ryby są zdolne do kojarzenia się tylko przez samice, tylko jeden gatunek-danio pręgowany-kiedykolwiek wyprodukował potomstwo bez udziału matki i tylko w laboratorium).

„w porównaniu do reprodukcji dwubiegunowej, więcej przeszkód musi zostać przekroczonych na barierze reprodukcji dwubiegunowej”, mówi Li.

pomimo wyzwań, naukowcy byli w stanie wygenerować żywe potomstwo przy użyciu tylko DNA od dwóch męskich rodziców. Zmodyfikowana komórka plemnikowa miała usunięte sześć regionów genetycznych, aby bardziej przypominać żeński Genom, a następnie została połączona z normalnym plemnikiem w pustym żeńskim jaju. (Pusta lub nie, jajowata obudowa jest nadal niezbędna do połączenia plemników i plemników.) Te dziwne zarodki hybrydowe-dosłowne skorupki jaj zawierające podwójne dawki Ojcowskiego DNA – zostały następnie przeniesione do matki zastępczej myszy.

naukowcy mogą hodować myszy z dwoma ojcami, ale rodzą się z poważnymi wadami i nie przeżywają do dorosłości.'t survive to adulthood.
naukowcy mogą hodować myszy z dwoma ojcami, ale rodzą się z poważnymi wadami i nie przeżywają do dorosłości. (Le – Yun Wang / Chińska Akademia Nauk)

niewiele ponad jeden procent potomstwa przeżył. Niestety wszystkie szczenięta urodziły się z poważnymi wadami i prawie natychmiast zmarły. Kiedy jednak naukowcy usunęli siódmy nadrukowany region z edytowanych plemników, podwoili współczynnik przeżywalności. Szczenięta nadal nie dorastały do dorosłości, ale mimo to metoda zadziałała, a krótkotrwała żywotność potomstwa była monumentalna.

„to naprawdę pokazuje, że imprinting jest blokadą dla jednokierunkowego rozwoju”, mówi Bartolomei. „Wiedzieliśmy to z matczynej perspektywy, ale teraz, z dwunożnymi, jest to pierwszy raz.”

według Li kolejnym krokiem jest poprawa długowieczności myszy dwubiegunowych. Wciąż nie jest jasne, co zabija myszy z dwoma ojcami genetycznymi-możliwe, że istnieją inne regiony, które nadal muszą być genetycznie „zarządzane”, mówi Bartolomei.

w rzeczywistości, to trochę dziwne, że tak niewiele manipulacji genetycznych wystarczyło, aby przekształcić Genom jednej płci w coś przypominającego drugą. Istnieje ponad 150 genów, które są uważane za nadrukowane u myszy-a lista stale rośnie-ale nie każdy z tych genów ma kluczowe znaczenie dla narodzin żywego potomstwa.

podczas gdy nowatorska technika modyfikacji genetycznej pracowała nad hodowlą myszy jednopłciowych, Mainieri ostrzega, że powtórzenie tych eksperymentów na innych ssakach, w tym na ludziach, wymagałoby „Wielkiego, ogromnego kroku”. Chociaż Li, Zhou, Hu i ich współpracownicy są chętni, aby pewnego dnia przejść do naczelnych, nie ma gwarancji, że znaczniki w rękopisie genetycznym jednego gatunku łatwo przełożą się na inny.

jednak te nowe odkrycia oznaczają przełom w zrozumieniu przez naukowców roli nadruku genomowego w reprodukcji ssaków. Ponadto istnieje kilka zaburzeń, które wynikają z niewłaściwego odciskania w genomie-więc nawet jeśli dzieci bez matki lub bez ojca nie są na horyzoncie, po prostu zrozumienie tych dziwactw genetycznych może zmienić nasze podejście do medycyny.

„Dzięki tej wiedzy mamy umiejętność czytania zdań lub akapitów w sposób, którego nigdy wcześniej nie mieliśmy” – mówi Mainieri. „I to jest ogromne.”

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.