významného milníku v reprodukční vědě bylo dosaženo narozením myši „Kaguya“, prvního životaschopného parthenogenetického savce (Kono et al. 2004). Práce byla provedena Dr. Tomohiro Kono a kolegy, a představuje významný technický úspěch zahrnující produkci stovky rekonstruovaných vejce, z nichž deset žije, a osmnáct mrtvých, štěňata byly získány na den 19.5 těhotenství. Ze dvou přeživších mláďat, jeden byl zabit pro studium genové exprese a dalších, Kaguya, byla podporována a přežil, aby se úspěšně rozmnožovat konvenčními prostředky. Tato práce dále rozšiřuje to, čeho je možné dosáhnout v umělé reprodukci, a může mít důležité důsledky pro pochopení aspektů embryonálního vývoje a regulace genů. Na rozdíl od názorů některých komentátorů v populárním tisku je však nepravděpodobné, že by to mělo zásadní dopad na lidské umělé reprodukční technologie.
Genomový imprinting, diferenciální exprese genů v závislosti na jejich rodičovské původu, je hlavní (a možná jedinou) bariéru partenogenetický vývoj u savců, v nichž jednotlivé obsahuje žádný otcovský genetický materiál. V mechanistické pojmy, genomový imprinting znamená, že chromatin některých genetických lokusů je odlišně upraven v rodičovské germlines tak, že rodičovské alely jsou rozdílně vyjádřené v vyvíjejícího se embrya. U myší a lidí bylo popsáno asi padesát genů, které vykazují transkripční umlčení jedné z rodičovských alel během embryonálního vývoje (Moore et al . 2001, obr. 1A). Parthenogenetická embrya proto mají nedostatek otcovsky exprimovaných genových produktů a vykazují těžkou retardaci růstu a intrauterinní smrt.
Pro téměř deset let, Kono a jiní pracovali, aby zlepšila rozsah, v němž partenogenetický embryí může vyvíjet v děloze, čímž se odhaluje důležité mechanistické údaje potisk proces (Kono et al. 1996, 2002, Obata a kol. 1998, Kato et al. 1999, Bao et al. 2000, 2003, Sotomaru et al. 2002). V zásadě jejich práce ukazuje, že uložení otisků v mateřské zárodečné linii nastává v relativně pozdním stádiu oogeneze. Proto se na některých potiskem genetických lokusů, non-rostoucí (ng) oocytů může být otisk-neutrální s ohledem na matku uložené otisky, nebo si může ponechat některé otcovy otisky, které nejsou odstraněny, až později během oogeneze. Existují důkazy pro obě tyto možnosti (Kono et al. 1996, Obata a kol. 1998, Kato et al. 1999, Bao et al. 2000, T Kono, nepublikované připomínky). Pokud se ng oocyty používají k rekonstituci diploidie neoplodněných vajec (obr. 1B), výsledkem je vývoj daleko nad rámec toho, co je normálně vidět pomocí plně dospělých (fg) oocytů. Bez ohledu na tato zlepšení je však nejdále, že se taková embrya mohou vyvinout, až do dne 13.5 těhotenství (Kono et al . 1996). Molekulární genetické analýzy těchto embryí naznačuje, že, zatímco několik otcovsky vyjádřené potiskem geny jsou vyjádřeny z ng oocytů genomu, obvykle matku vyjádřil H19 gen je biallelically vyjádřil a otcovsky vyjádřil Igf2 gen umlčen na obou ng a fg odvozené alely (Obata et al. 1998).
dalším krokem Kono bylo pokusit se opravit dávkování genu H19 a Igf2 v parthenogenetických embryích zavedením chromozomů obsahujících delece, které: (i) zruší transkripci H19 (Kono et al . 2002, obr. 1C) a (ii) zrušit transkripci H19 a obnovit expresi Igf2 (Kono et al. 2004, obr. 1D). První manipulace prodloužila partenogenetický vývoj in utero na den 17.5 těhotenství a druhá vedla k narození Kaguya. Přijata v nominální hodnotě, tyto výsledky naznačují, že další zlepšení v rychlosti úspěšný partenogenetický vývoj jsou možné s hlubší znalostí potisk proces a sofistikovanější manipulace genotypu nebo epigenotype. V podstatě může být dosažitelný Typ racionálního vývojového inženýrství.
Rudolf Jaenisch, citovaný nedávno v The Scientist, však tvrdí, že Kaguya je prostě stochastická událost, ve které je hlavní složka epigenetického základu její životaschopnosti nepředvídatelná (Holding et al. 2004). V podstatě odsouvá Konovo zdůvodnění použití H19 / Igf2 transgeniky na menší roli. Implicitně tvrdí, že pokud je provedeno velké množství experimentů s rekonstitucí embryí, může dojít k narození životaschopného potomstva v důsledku náhodného odběru „epigenotypového prostoru“. Jeho argumenty souběžně s návrhem, že životaschopná klonovaná zvířata produkovaná přeprogramováním somatických buněk jsou jen jedinečné náhodné události (Surani 2003). Nicméně, v Kono experimenty, na rozdíl od somatických buněk, klonování, ng oocytů jádro pravděpodobně nepodstupuje přeprogramování chromatinu, že již zavázala zárodečné linie kmenových buněk osud. Takové oocyty jsou také explantovány v definovaném vývojovém stádiu, a proto se očekává, že budou relativně homogenní s ohledem na epigenotyp. Více poučné srovnání, v embryo rekonstituční experimenty, může být s použitím haploidní jádra spermatid z varlete nebo diploidní blastomeric jádra z preimplantovaných embryí, které procházejí relativně vysokou míru rozvoje.
Co je tedy základem nízké míry parthenogenetické životaschopnosti v konových experimentech? Jedna možnost je, že původ ng oocytů epigenotype variabilita je vzhledem k náhodné vzorkování různé kombinace maternální a paternální potiskem částí chromosomů v meióze. Připomeňme si, že diploidní ng oocytů jádro obsahuje maternální a paternální homolog, které se mohou lišit systematicky (spíše než stochasticky) při potiskem loci v důsledku neúplného odstranění zbytkové mateřské a otcovské otisky v této fázi vývoj oocytu. Na každé potiskem locus, maternální a paternální homolog se zamíchají a náhodně izolován v meiózy. Proto, v Kono experimenty, každý výsledný haploidní ng oocytů jádro představuje jeden z 2n kombinací mateřské a otcovské potisku, kde n je počet potiskem chromozomálních regionů, které zůstávají rozdílně upravena v ng oocytů. Například, pokud je diploidní ng oocytů genom obsahuje osm potiskem chromozomálních regionů, které systematicky vykazovat zbytkovou rozdíly mezi mateřskou a otcovskou homology, z toho vyplývá, že existuje 28 (256) možné epigenotypes, z nichž snad jen malý počet povolení životaschopnosti embryí. Rozšíření příkladu: snad pouze 1 z 256 ng oocytů, které zdědí úplnou sadu osmi dříve otcovských homologů, je schopen podporovat dobrý vývoj embryí díky zachování některých otcovských otisků v těchto lokusech. Platnost této hypotézy by mohly být testovány pomocí ng oocytů z F1 hybrid identifikovat distribuci grandmaternal a grandpaternal homology u potiskem loci v rekonstituovaném embrya vykazující výjimečné rozvoj.
dohledem jaenisch také konstatuje, že záchrana partenogenetický zárodek životaschopnost tím, že zvýšení exprese Igf2 (viz Kaguya) je nečekané, protože Igf2 je dispensible pro životaschopnost v normální biparental embryí. Příspěvek Igf2 k životaschopnosti embryí byl však testován pouze ve velmi omezeném počtu genetických pozadí. To je docela možné, že některé z Kono je partenogenetický embryí, které mají jiný epigenotype a genové exprese vzor biparental embryí, těžit z doplnění s Igf2. Konova „fascinující hádanka“ o tom, jak normalizace H19 / Igf2 “ způsobila modifikaci široké škály genů „(Kono et al. 2004) může být falešná stopa, protože epigenotype o partenogenetický zárodek, který reaguje na H19/Igf2 normalizace se může lišit od jedné, že ne. Vnímané změny v genové expresi spojené s přidáním H19Δ13 mutace tedy může odrážet výběr z pre-existující epigenotype, který usnadňuje Igf2-zprostředkované zvýšení partenogenetický vývoj, spíše než být přímým důsledkem exprese Igf2 per se.
- Stáhnout Obrázek
Schéma epigenotype na H19/Igf2 gen, lokus, spojené s různými manipulace s myší zárodečné buňky. A) normální hnojení. B) rekonstituce embrya s plně dospělými oocyty a nerostoucími oocyty (Kono et al . 1996). (C) Embrya rekonstituci s plně dospělý oocytů a non-rostoucí oocyt nesoucí vypuštění H19 transkripční jednotky (Kono et al. 2002). (D) Embryo rekonstituci s plně dospělý oocytů a non-rostoucí oocyt nesoucí rozsáhlé delece genu H19 regionu, včetně předcházejících diferenciálně metylovaných regionů/hraničních prvků (Kono et al. 2004). Svislé pruhy: červené pruhy, transkripční jednotka genu Igf2; zelené pruhy, diferencovaně methylovaná oblast / hraniční prvek před promotorem genu H19; modré pruhy, transkripční jednotka genu H19. Hodnoty se vztahují ke dni těhotenství (vývojové stadium) dosaženému po každém typu manipulace.
citace: reprodukce 128, 1; 10.1530 / rep.1.00311
-
Bao S, Obata Y, Carroll J, Domeki I & Kono T 2000 Epigenetic modifications necessary for normal development are established during oocyte growth in mice. Biology of Reproduction 62 616–621.
- Google Scholar
- Export Citace
-
Bao S, Ushijima H, Hirose, Aono … F, Ono Y & Kono T 2003 Vývoj oocytů skotu rekonstrukci s jádrem z rostoucí fázi po oplodnění oocytů in vitro. Theriogenology 59 1231-1239.
- Google Scholar
- Export Citace
-
Podržením C 2004 1. myší partenogeneze? Knockout jednoho genu v duálních mateřských oocytech vede k životaschopným myším, ale někteří pochybují. Vědec Duben 21, http://www.biomedcentral.com/news/20040421/01/.
-
Kato Y, Rideout WM III, Hilton K, Barton SC, Tsunoda Y & Surani MA 1999 rozvojového potenciálu myš primordiální zárodečné buňky. Vývoj 126 1823-1832.
- Google Scholar
- Export Citace
-
Kono T, Obata Y, Yoshimzu T, Nakahara T & Carroll 1996 J Epigenetické změny během oocyt růst koreluje s rozšířeným partenogenetický vývoj v myši. Příroda Genetika 13 91-94.
- Google Scholar
- Export Citace
-
Kono T, Sotomaru Y, Katsuzawa Y & Dandolo L 2002 Myši partenogenetický embryí s monoallelic H19 výraz může rozvíjet na den 17.5 těhotenství. Vývojová Biologie 243 294-300.
- Google Scholar
- Export Citace
-
Kono T, Obata Y, Wu, Q, Niwa K, Ono Y, Yamamoto Y, Park ES, Seo JS & Ogawa H 2004 Narození partenogenetický myší, které se mohou vyvinout až do dospělosti. Příroda 428 860-864.
- Google Scholar
- Export Citace
-
Moore T 2001 Genetické konfliktu, genomový imprinting a zřízení epigenotype ve vztahu k růstu. Reprodukce 122 185-193.
- Google Scholar
- Export Citace
-
Obata Y, Kaneko-Ishino T, Koide T, Takai Y, Ueda T, Domeki jsem, Shiroishi T, Ishino F & Kono T 1998 Narušení primární imprintingu během oocyt růst vede k modifikované vyjádření potiskem genů během embryogeneze. Vývoj 125 1553-1560.
- Google Scholar
- Export Citace
-
Sotomaru Y, Katsuzawa Y, Hatada jsem, Obata Y, Sasaki H & Kono T 2002 Neregulované výraz potiskem genů H19 a Igf2r u myší uniparental plodů. Journal of Biological Chemistry 277 12474–12478.
- Search Google Scholar
- Export Citation
-
Surani A 2003 False impressions on human cloning. Reproductive BioMedicine Online 6 398–399. http://www.rbmonline.com/Article/942.
- Search Google Scholar
- Export Citation