en betydelig milepæl inden for reproduktionsvidenskab er opnået med fødslen af musen ‘Kaguya’, det første levedygtige parthenogenetiske pattedyr (Kono et al. 2004). Arbejdet blev udført af Dr. Tomohiro Kono og kolleger og repræsenterer en stor teknisk præstation, der involverer produktion af mange hundrede rekonstruerede æg, hvorfra ti levende og atten døde hvalpe blev opnået på dag 19.5 af svangerskabet. Af de to overlevende hvalpe blev den ene dræbt til genekspressionsstudier, og den anden, Kaguya, blev fremmet og overlevet for at reproducere med succes på konventionelle måder. Dette arbejde udvider yderligere, hvad der kan opnås ved kunstig reproduktion og kan have vigtige konsekvenser for forståelsen af aspekter af embryonal udvikling og genregulering. I modsætning til synspunkterne fra nogle kommentatorer i den populære presse er det imidlertid usandsynligt, at det har stor indflydelse på menneskelige kunstige reproduktionsteknologier.
genomisk prægning, differentiel ekspression af gener afhængigt af deres forældres oprindelse, er den vigtigste (måske den eneste) barriere for parthenogenetisk udvikling hos pattedyr, hvor individet ikke indeholder noget faderligt genetisk materiale. I mekanistiske termer betyder genomisk prægning, at kromatinet af visse genetiske loci modificeres differentielt i forældrenes kimlinjer, så forældrenes alleler udtrykkes differentielt i det udviklende embryo. Omkring halvtreds gener er blevet beskrevet hos mus og mennesker, der udviser transkriptionel lyddæmpning af en af forældrenes alleler under embryonal udvikling (Moore et al. 2001, Fig. 1A). Parthenogenetiske embryoner er derfor mangelfulde i paternalt udtrykte prægede genprodukter og udviser alvorlig væksthæmning og intrauterin død.
i næsten et årti har Kono og andre arbejdet for at forbedre i hvilket omfang parthenogenetiske embryoner kan udvikle sig i utero og derved afsløre vigtige mekanistiske detaljer om prægningsprocessen (Kono et al. 1996, 2002, Obata et al. 1998, Kato et al. 1999, Bao et al. 2000, 2003, Sotomaru et al. 2002). Hovedsagelig, deres arbejde viser, at indførelsen af aftryk i moderens kimlinje forekommer på et relativt sent stadium af oogenese. Derfor kan ikke-voksende (ng) oocytter på nogle prægede genetiske loci være ‘aftryk-neutrale’ med hensyn til maternelt pålagte aftryk eller kan bevare nogle faderlige aftryk, der først fjernes senere i oogenese. Der er bevis for begge disse muligheder (Kono et al. 1996, Obata et al. 1998, Kato et al. 1999, Bao et al. 2000, T Kono, upublicerede observationer). Når ng-oocytter bruges til at rekonstituere diploidi af ubefrugtede æg (Fig. 1B) er resultatet udvikling langt ud over, hvad der normalt ses ved hjælp af fuldvoksne (fg) oocytter. Uanset disse forbedringer er det længst, at sådanne embryoner kan udvikle sig, til dag 13.5 af svangerskabet (Kono et al. 1996). Molekylær genetisk analyse af disse embryoner indikerer, at mens flere paternalt udtrykte prægede gener udtrykkes fra ng-oocytgenomet, udtrykkes det normalt maternelt udtrykte H19-gen biallelt, og det paternalt udtrykte Igf2-gen tavles på både ng-og fg-afledte alleler (Obata et al. 1998).
konos næste skridt var at forsøge at korrigere H19-og Igf2-gendosering i parthenogenetiske embryoner ved at indføre kromosomer indeholdende sletninger, der: (i) afskaffe H19-transkription (Kono et al. 2002, Fig. 1C), og (ii) afskaffe H19 transkription og genvinde Igf2 ekspression (Kono et al. 2004, Fig. 1D). Den første manipulation udvidede parthenogenetisk udvikling i utero til dag 17.5 af svangerskabet, og den anden resulterede i fødslen af Kaguya. Taget til pålydende værdi, disse resultater indebærer, at yderligere forbedringer i hastigheden for vellykket parthenogenetisk udvikling er mulige med dybere viden om prægningsprocessen og mere sofistikerede manipulationer af genotype eller epigenotype. I det væsentlige kan en type rationel udviklingsteknik være opnåelig.men Rudolf Jaenisch, citeret for nylig i forskeren, hævder, at Kaguya simpelthen er en stokastisk begivenhed, hvor en vigtig del af det epigenetiske grundlag for hendes levedygtighed er uforudsigelig (Holding et al. 2004). Han henviser i det væsentlige konos begrundelse for at bruge H19/Igf2 transgenics til en mindre rolle. Implicit hævder han, at hvis der udføres et stort antal embryonrekonstitutionseksperimenter, kan fødslen af levedygtig afkom forekomme på grund af tilfældig prøveudtagning af ‘epigenotype-rum’. Hans argumenter er parallelle med forslaget om, at levedygtige klonede dyr produceret ved omprogrammering af somatiske celler bare er unikke, tilfældige begivenheder (Surani 2003). I konos eksperimenter, i modsætning til somatisk cellekloning, gennemgår ng-oocytkernen sandsynligvis ikke omfattende omprogrammering af kromatin, idet den allerede er forpligtet til en kimlinjestamcelleskæbne. Sådanne oocytter eksplanteres også på et defineret udviklingsstadium og forventes derfor at være relativt homogene med hensyn til epigenotype. En mere lærerig sammenligning i embryonrekonstitutionsforsøg kan være ved anvendelse af haploide spermatidkerner fra testiklerne eller diploide blastomere kerner fra præimplantationsembryoner, som gennemgår relativt høje udviklingshastigheder.
Hvad ligger Da til grund for de lave satser for parthenogenetisk levedygtighed i konos eksperimenter? En mulighed er, at oprindelsen af NG-oocyt-epigenotypevariabilitet skyldes tilfældig prøveudtagning af forskellige kombinationer af maternelt og paternalt afledte prægede kromosomale regioner ved meiose. Husk, at den diploide ng-oocytkerne indeholder maternelle og paternalt afledte homologer, der kan afvige systematisk (snarere end stokastisk) på prægede loci på grund af ufuldstændig fjernelse af resterende maternelle og faderlige aftryk på dette stadium af oocytudvikling. På hvert præget sted blandes maternelt og paternalt afledte homologer og adskilles tilfældigt ved meiose. Derfor repræsenterer hver resulterende haploid ng-oocytkerne i konos eksperimenter en af 2n-kombinationer af moder-og faderlige aftryk, hvor n er antallet af prægede kromosomale regioner, der forbliver differentielt modificeret i ng-oocytter. For eksempel, hvis det diploide ng-oocytgenom indeholder otte prægede kromosomale regioner, der systematisk udviser resterende forskelle mellem maternelle og faderlige homologer, følger det, at der er 28 (256) mulige epigenotyper, hvoraf måske kun et lille antal tillader embryo levedygtighed. For at udvide eksemplet: måske er kun 1 ud af 256 af ng-oocytter, der arver et komplet sæt på otte tidligere faderlige homologer, i stand til at understøtte god embryonudvikling på grund af tilbageholdelsen af nogle faderlige aftryk på disse steder. Gyldigheden af denne hypotese kunne testes ved hjælp af ng-oocytter fra en F1-hybrid for at identificere fordelingen af grandmaternale og grandpaternale homologer på prægede loci i rekonstituerede embryoner, der udviser enestående udvikling.
Jaenisch bemærker også, at redningen af parthenogenetisk embryo levedygtighed ved forbedring af Igf2-ekspression (nemlig Kaguya) er uventet, fordi Igf2 er tilgængelig for levedygtighed i normale biparental embryoner. Imidlertid er igf2 ‘ s bidrag til embryonets levedygtighed kun testet i et meget begrænset antal genetiske baggrunde. Det er ganske tænkeligt, at nogle af konos parthenogenetiske embryoner, der har en anden epigenotype og genekspressionsmønster end biparental embryoner, drager fordel af komplementering med Igf2. Konos ‘ fascinerende gåde ‘om, hvordan H19 / Igf2-normalisering’ forårsagede modifikationen af en lang række gener ‘ (Kono et al. 2004) kan være en rød sild, fordi epigenotypen af et parthenogenetisk embryo, der reagerer på H19/Igf2-normalisering, kan afvige fra en, der ikke gør det. Den opfattede ændring i genekspression forbundet med tilsætning af H19-LUT13-mutationen kan derfor afspejle udvælgelsen af en allerede eksisterende epigenotype, der letter Igf2-medieret forbedring af parthenogenetisk udvikling snarere end at være et direkte resultat af Igf2-ekspression i sig selv.
- Hent figur
skematisk af epigenotype ved H19/Igf2 gen locus forbundet med forskellige manipulationer af musekimceller. A) normal befrugtning. (B) Embryonrekonstitution med fuldvoksen oocyt og ikke-voksende oocyt (Kono et al. 1996). (C) Embryonrekonstitution med fuldvoksen oocyt og ikke-voksende oocyt, der bærer deletion af H19-transkriptionsenheden (Kono et al. 2002). (D) Embryonrekonstitution med fuldvoksen oocyt og ikke-voksende oocyt, der bærer omfattende deletion af H19-genregionen inklusive opstrøms differentielt methyleret region/grænseelement (Kono et al. 2004). Lodrette stænger: røde søjler, Igf2 gentranskriptionsenhed; grønne søjler, differentielt methyleret region / grænseelement opstrøms for H19 genpromotor; blå søjler, H19 gentranskriptionsenhed. Værdier henviser til drægtighedsdag (udviklingsstadium) nået efter hver type manipulation.
Citat: reproduktion 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.
- Søg Google Scholar
- eksport Citation
-
Bao s, Ushijima H, Hirose a, Aono F, Ono Y & Kono t 2003 udvikling af bovine oocytter rekonstrueret med en kerne fra voksende fase oocytter efter befrugtning in vitro. Theriogenologi 59 1231-1239.
- Søg Google Scholar
- eksport Citation
-
Holding C 2004 1. mus ved parthenogenese? Enkelt gen knockout i dobbelt maternel oocyt resulterer i levedygtige mus, men nogle tvivl undersøgelse. Videnskabsmanden April 21, http://www.biomedcentral.com/news/20040421/01/.
-
Kato y, Rideout masseødelæggelsesvåben III, Hilton K, Barton SC, Tsunoda y& Surani MA 1999 udviklingspotentiale af mus primordiale kimceller. Udvikling 126 1823-1832.
- Søg Google Scholar
- eksport Citation
-
Kono t, Obata Y, Yoshimu t, Nakahara t & Carroll J 1996 epigenetiske modifikationer under oocytvækst korrelerer med udvidet parthenogenetisk udvikling i musen. Naturgenetik 13 91-94.
- Søg Google Scholar
- eksport Citation
-
Kono t, Sotomaru Y, Katsuva Y & Dandolo L 2002 mus parthenogenetiske embryoner med monoallel H19 ekspression kan udvikle sig til dag 17.5 af svangerskabet. Udviklingsbiologi 243 294-300.
- Søg Google Scholar
- eksport Citation
-
Kono t, Obata Y, Du K, Ono Y, Yamamoto Y, Park ES, Seo JS & Oga H 2004 fødsel af parthenogenetiske mus, der kan udvikle sig til voksenalderen. Natur 428 860-864.
- Søg Google Scholar
- eksport Citation
-
Moore t 2001 genetisk konflikt, genomisk imprinting og etablering af epigenotypen i forhold til vækst. Reproduktion 122 185-193.
- Søg Google Scholar
- eksport Citation
-
Obata Y, Kaneko-Ishino T, Koide T, Takai Y, Ueda T, Domeki I, Shiroishi T, Ishino F & Kono T 1998 forstyrrelse af primær imprinting under oocytvækst fører til den modificerede ekspression af prægede gener under embryogenese. Udvikling 125 1553-1560.
- Søg Google Scholar
- eksport Citation
-
Sotomaru Y, Hatada i, Obata Y, Sasaki H & Kono t 2002 ureguleret ekspression af de prægede gener H19 og Igf2r i mus uniparental fostre. 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