Oto jak naukowcy stworzyli myszy z dwoma ojcami

Po raz pierwszy naukowcy bezpośrednio stworzyli myszy z dwoma ojcami.

Myszy nie były w stanie przeżyć dłużej niż dzień lub dwa po urodzeniu, ale namówienie embrionu utworzonego z DNA dwóch ojców przez cały okres rozwoju płodowego było nie lada wyczynem. Naukowcy odkryli, że było to znacznie trudniejsze niż tworzenie myszy z dwiema matkami.

Odkrycia pomagają wyjaśnić, dlaczego ssaki nie mogą rozmnażać się tylko z jednym rodzicem. Mogą również pomóc wyjaśnić, dlaczego zwierzęta, które mogą rozmnażać się samotnie, takie jak niektóre płazy, są prawie zawsze samicami. [10 niesamowitych rzeczy, które naukowcy zrobili właśnie dzięki CRISPR]

Jak powiedział starszy autor badania Wei Li, badacz komórek macierzystych z Chińskiej Akademii Nauk, barierą dla reprodukcji jednopłciowej jest coś, co nazywa się imprintingiem genomowym lub molekularnym znakowaniem DNA, które reguluje sposób wykonywania instrukcji w genomie. . Jednak nowe badanie, opublikowane 11 października w Internecie w czasopiśmie Cell Stem Cell, ujawnia, że ​​barierę można przekroczyć.

Odciski rodziców

Wiadomo, że imprinting genomowy jest ważny dla rozwoju embrionalnego, ale dokładnie to, jak działa i co nim steruje, to „czarna skrzynka” - powiedziała Mellissa Mann, badaczka nauk o reprodukcji z University of Pittsburgh School of Medicine and the Magee-Women's Research Instytut, który nie był zaangażowany w nowe badanie.

W przypadku rozmnażania płciowego każde potomstwo dziedziczy połowę swojego DNA po swojej mamie, a połowę po ojcu. Ale DNA każdego z rodziców ma unikalne znaczniki molekularne, które są dodawane podczas tworzenia oryginalnego plemnika i komórki jajowej. Te znaczniki to instrukcje, które określają, czy gen ulega ekspresji, czy pozostaje w stanie uśpienia.

„Możesz odziedziczyć kopię określonego genu od mamy, a ten gen z tymi molekularnymi 'znakami' umożliwiłby transkrypcję, aby spełniał swoją funkcję” - powiedział Mann. „Ale ten sam gen od taty miałby inne znaczniki, uniemożliwiając jego ekspresję”.

Te tagi mają wiele konsekwencji w świecie rzeczywistym. Są kluczowe we wczesnym rozwoju embrionalnym, powiedział Mann. Wcześniejsze badania wykazały, że kiedy naukowcy próbują wyhodować potomstwo z dwóch plemników, zarodek nie rozwija się, podczas gdy komórki, które wyrastają z łożyska, kwitną; potomstwo z dwóch jaj powoduje rozwój zarodka i łożyska, które nie rośnie. [5 powodów, dla których łożysko jest niesamowite]

Istnieją również zaburzenia genetyczne, które zależą od wdrukowania genomu. Zespół Angelmana, zaburzenie neurologiczne, które powoduje niepełnosprawność intelektualną i drgawki, jest spowodowane mutacją UBE3A gen na chromosomie matki. Kiedy ta sama mutacja genu jest przekazywana przez tatę zamiast przez matkę, rezultatem jest zupełnie inne zaburzenie neurologiczne zwane zespołem Pradera-Williego.

Wymaga dwóch

Niektóre zwierzęta są w stanie rozmnażać się solo. Większość z tych przypadków ma miejsce, gdy samica rozmnaża się bez mężczyzny, proces zwany partenogenezą. W ten sposób rozmnażają się różne ryby, gady i płazy. Tylko jedna ryba (Danio rerio) jest znany z rozmnażania się z samcami i tylko w określonych warunkach laboratoryjnych, powiedział Baoyang Hu z Chińskiej Akademii Nauk, inny starszy autor nowej pracy.

Naukowcy zajmujący się nowym badaniem chcieli zrozumieć, dlaczego ssaki nie mogą rozmnażać się samodzielnie. Na początek postanowili sprawdzić, co jest potrzebne do powstania partenogenezy u ssaków. Użyli mysich komórek macierzystych zaprojektowanych tak, aby miały tylko jeden zestaw chromosomów matczynych, takich jak jajo, i wstrzyknięli je do normalnej komórki jajowej, aby stworzyć zarodek z dwoma zestawami matczynego DNA. Następnie przenieśli powstały zarodek do zastępczej matki.

Aby stworzyć zdolny do życia zarodek, naukowcy musieli usunąć trzy odciskane segmenty genomu ze zmodyfikowanych komórek macierzystych. Powstałe myszy wyglądały normalnie, chociaż Li powiedział, że myszy były testowane tylko przez ograniczony czas w warunkach eksperymentalnych, więc mogły nie być tak zdrowe, jak myszy wytwarzane w staromodny sposób.

Ale myszy z dwiema mamami nie są niczym nowym; podobne myszy z dwiema mamami zostały po raz pierwszy wyprodukowane w 2004 roku - napisali autorzy. [Jak naprawdę działają testy DNA przodków?]

Więc zajęli się trudniejszym problemem: tworzenie myszy z dwoma ojcami. Zrobili to tylko raz, przez naukowców z MD Anderson Cancer Center w Teksasie. W tym przypadku naukowcy stworzyli męskie komórki macierzyste z chromosomami X, ale bez chromosomów Y, i wstrzyknęli je do żeńskich blastocyst - wczesnego etapu rozwoju, w którym niektóre komórki uległy różnicowaniu w określone typy. Następnie pozwolili tym kobietom rozwinąć się w dorosłe osobniki. Następnie skojarzyli samice posiadające tylko męskie DNA X z samcami, tworząc potomstwo, które nosiło tylko geny od dwóch ojców.

Tylko tatusiowie

Tym razem naukowcy chcieli sprawdzić, czy uda im się stworzyć myszy z dwoma ojcami bez pośredniego kroku genetycznie zmodyfikowanej samicy, powiedział Hu. Aby to zrobić, wstrzyknęli plemnikowi i komórkom macierzystym tylko ojcowskie DNA do komórki jajowej, z której usunięto jądro (a więc całe matczyne DNA). Następnie wyodrębnili komórki macierzyste, które mogą stać się dowolną komórką organizmu, która rozwinęła się w powstałym zarodku. Te komórki macierzyste zostały następnie umieszczone w oddzielnej blastocystzie. Hu powiedział, że blastocysta jest konieczna do wytworzenia łożyska. Na koniec ta blastocysta, do której wstrzyknięto komórki macierzyste, została umieszczona w macicy zastępczej matki.

„O ile nam wiadomo, jest to pierwszy raz, kiedy zostały wyprodukowane myszy dwunarodowe z dwoma bezpośrednimi ojcami” - powiedział Hu .

Ale myszy nie radziły sobie dobrze. Rzeczywiście, udane porody były w mniejszości. Z 1023 prób urodziło się tylko 12 żywych szczeniąt. A szczeniaki nie były normalne. Były opuchnięte płynami i ponad dwukrotnie większe niż zwykłe szczenięta myszy. Wszystkie z nich walczyły o karmienie i oddychanie i zmarły wkrótce po urodzeniu.

„Dzięki temu ludzie wyprzedzają naukę, aby powiedzieć, że istnieje potencjał, że dwoje mężczyzn może mieć dziecko” - powiedział Mann. „To bardzo daleko”.

Badanie wskazuje jednak, dlaczego partenogeneza występuje częściej w przyrodzie niż reprodukcja wyłącznie samców. Naukowcy musieli usunąć siedem odciśniętych regionów genomu, aby reprodukcja tylko dla mężczyzn działała, cztery więcej niż musieli usunąć w przypadku kobiet. (Dodatkowa utrata materiału genetycznego mogłaby wyjaśnić, dlaczego myszy z dwoma ojcami były tak nienormalne, powiedział Mann).

W przyszłości metoda ta może zostać wykorzystana do dokładniejszego zbadania wpływu wdrukowania na różne zaburzenia rozwojowe, powiedział starszy autor badań Qi Zhou, również z Chińskiej Akademii Nauk. Myszy można by wykorzystać do testowania modyfikacji genetycznych, które mogą korygować choroby dziedziczne, powiedział Zhou.

Pierwotnie opublikowano w dniu .