Se ha logrado un hito importante en la ciencia reproductiva con el nacimiento del ratón ‘Kaguya’, el primer mamífero partenogenético viable (Kono et al. 2004). El trabajo fue realizado por el Dr. Tomohiro Kono y sus colegas, y representa un importante logro técnico que implica la producción de muchos cientos de huevos reconstruidos, de los cuales se obtuvieron diez crías vivas y dieciocho crías muertas en el día 19.5 de gestación. De los dos cachorros sobrevivientes, uno fue asesinado para estudios de expresión génica y el otro, Kaguya, fue criado y sobrevivió para reproducirse con éxito por medios convencionales. Este trabajo amplía aún más lo que se puede lograr en la reproducción artificial y puede tener implicaciones importantes para comprender aspectos del desarrollo embrionario y la regulación génica. Sin embargo, contrariamente a la opinión de algunos comentaristas de la prensa popular, es poco probable que tenga un impacto importante en las tecnologías de reproducción artificial humana.
La impronta genómica, la expresión diferencial de genes dependiendo de su origen parental, es la principal (quizás la única) barrera para el desarrollo partenogenético en mamíferos, en los que el individuo no contiene material genético paterno. En términos mecanicistas, la impresión genómica significa que la cromatina de ciertos loci genéticos se modifica diferencialmente en las líneas germinales parentales de modo que los alelos parentales se expresan diferencialmente en el embrión en desarrollo. Se han descrito alrededor de cincuenta genes en ratones y seres humanos que exhiben silenciamiento transcripcional de uno de los alelos parentales durante el desarrollo embrionario (Moore et al. 2001, Fig. 1A). Por lo tanto, los embriones partenogenéticos son deficientes en productos genéticos impresos expresados por el padre y exhiben un retraso grave del crecimiento y muerte intrauterina.
Durante casi una década, Kono y otros han trabajado para mejorar el grado en que los embriones partenogenéticos pueden desarrollarse en el útero, revelando así importantes detalles mecanicistas del proceso de impresión (Kono et al. 1996, 2002, Obata et al. 1998, Kato et al. 1999, Bao et al. 2000, 2003, Sotomaru et al. 2002). Principalmente, su trabajo muestra que la imposición de huellas en la línea germinal materna ocurre en una etapa relativamente tardía de la ovogénesis. Por lo tanto, en algunos loci genéticos impresos, los ovocitos no en crecimiento (ng) pueden ser «neutros para la impresión» con respecto a las huellas impuestas por la madre, o pueden retener algunas huellas paternas que no se eliminan hasta más adelante en la ovogénesis. Hay evidencia de ambas posibilidades(Kono et al. 1996, Obata et al. 1998, Kato et al. 1999, Bao et al. 2000, T Kono, observaciones no publicadas). Cuando se utilizan ovocitos ng para reconstituir diploidía de óvulos no fertilizados (Fig. 1B), el resultado es un desarrollo mucho más allá de lo que normalmente se ve usando ovocitos completamente crecidos (fg). Sin embargo, a pesar de estas mejoras, lo más lejos que pueden desarrollarse estos embriones es hasta el día 13,5 de gestación (Kono et al. 1996). El análisis genético molecular de estos embriones indica que, mientras que varios genes impresos expresados por el padre se expresan a partir del genoma de los ovocitos ng, el gen H19 expresado normalmente por la madre se expresa bialélicamente y el gen Igf2 expresado por el padre se silencia en los alelos derivados de ng y fg (Obata et al. 1998).
El siguiente paso de Kono fue intentar corregir la dosis de los genes H19 e Igf2 en embriones partenogenéticos introduciendo cromosomas que contienen deleciones que: (i) suprimen la transcripción H19 (Kono et al. 2002, Fig. 1C), y (ii) abolir la transcripción H19 y recuperar la expresión Igf2 (Kono et al. 2004, Fig. 1D). La primera manipulación extendió el desarrollo partenogenético en el útero hasta el día 17,5 de la gestación y la segunda resultó en el nacimiento de Kaguya. Tomados al pie de la letra, estos resultados implican que es posible mejorar aún más la tasa de desarrollo partenogenético exitoso con un conocimiento más profundo del proceso de impresión y manipulaciones más sofisticadas de genotipo o epigenotipo. Esencialmente, un tipo de ingeniería de desarrollo racional puede ser alcanzable.
Sin embargo, Rudolf Jaenisch, citado recientemente en The Scientist, argumenta que Kaguya es simplemente un evento estocástico, en el que un componente importante de la base epigenética de su viabilidad es impredecible(Holding et al. 2004). En esencia, relega la lógica de Kono de usar transgénicos H19 / Igf2 a un papel menor. Implícitamente, argumenta que si se realiza un gran número de experimentos de reconstitución de embriones, el nacimiento de una progenie viable puede ocurrir debido al muestreo aleatorio del «espacio epigenotípico». Sus argumentos son paralelos a la sugerencia de que los animales clonados viables producidos por reprogramación de células somáticas son simplemente eventos únicos y aleatorios (Surani 2003). Sin embargo, en los experimentos de Kono, en contraste con la clonación de células somáticas, el núcleo de ovocitos ng probablemente no se somete a una reprogramación extensa de cromatina, ya que está comprometido con un destino de células madre de línea germinal. Además, dichos ovocitos se explantan en una etapa de desarrollo definida y, por lo tanto, se espera que sean relativamente homogéneos con respecto al epigenotipo. Una comparación más instructiva, en experimentos de reconstitución de embriones, puede ser con el uso de núcleos espermátidos haploides del testículo o núcleos blastoméricos diploides de embriones preimplantados, que experimentan tasas de desarrollo relativamente altas.
Entonces, ¿qué subyace a las bajas tasas de viabilidad partenogenética en los experimentos de Kono? Una posibilidad es que el origen de la variabilidad del epigenotipo de ovocitos ng se deba al muestreo aleatorio de diferentes combinaciones de regiones cromosómicas impresas de origen materno y paterno en la meiosis. Recuerde que el núcleo diploide de ovocitos ng contiene homólogos derivados de la madre y el padre que pueden diferir sistemáticamente (en lugar de estocásticamente) en los loci impresos debido a la eliminación incompleta de las huellas residuales maternas y paternas en esta etapa del desarrollo de los ovocitos. En cada lugar impreso, los homólogos de origen materno y paterno se barajan y segregan aleatoriamente en la meiosis. Por lo tanto, en los experimentos de Kono, cada núcleo haploide de ovocitos ng resultante representa una de las combinaciones 2n de huellas maternas y paternas, donde n es el número de regiones cromosómicas impresas que permanecen diferencialmente modificadas en los ovocitos ng. Por ejemplo, si el genoma de ovocitos diploides ng contiene ocho regiones cromosómicas impresas que exhiben sistemáticamente diferencias residuales entre homólogos maternos y paternos, se deduce que hay 28 (256) epigenotipos posibles, de los cuales quizás solo un pequeño número permita la viabilidad embrionaria. Para ampliar el ejemplo: tal vez solo 1 de cada 256 ovocitos ng que heredan un conjunto completo de ocho homólogos paternos es capaz de apoyar el buen desarrollo embrionario debido a la retención de algunas huellas paternas en estos loci. La validez de esta hipótesis podría probarse utilizando ovocitos ng de un híbrido F1 para identificar la distribución de homólogos abuelito y abuelito en loci impresos en embriones reconstituidos que exhiben un desarrollo excepcional.
Jaenisch también señala que el rescate de la viabilidad partenogenética del embrión mediante la mejora de la expresión de Igf2 (a saber, Kaguya) es inesperado porque el Igf2 es extensible a la viabilidad en embriones biparentales normales. Sin embargo, la contribución del Igf2 a la viabilidad embrionaria solo se ha probado en un número muy limitado de antecedentes genéticos. Es bastante concebible que algunos de los embriones partenogenéticos de Kono, que tienen un epigenotipo y un patrón de expresión génica diferentes a los embriones biparentales, se beneficien de la complementación con Igf2. Sin embargo, el «fascinante acertijo» de Kono de cómo la normalización de H19/Igf2 «causó la modificación de una amplia gama de genes» (Kono et al. 2004) puede ser una pista falsa porque el epigenotipo de un embrión partenogenético que responde a la normalización de H19/Igf2 puede diferir de uno que no lo hace. El cambio percibido en la expresión génica asociado con la adición de la mutación H19Δ13 puede, por lo tanto, reflejar la selección de un epigenotipo preexistente que facilita la mejora mediada por Igf2 del desarrollo partenogenético, en lugar de ser un resultado directo de la expresión de Igf2 per se.
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Esquema del epigenotipo en el locus del gen H19/Igf2 asociado con diversas manipulaciones de células germinativas de ratón. A) Fertilización normal. B) Reconstitución de embriones con ovocitos completamente desarrollados y ovocitos no en crecimiento (Kono et al. 1996). C) Reconstitución de embriones con ovocitos completamente crecidos y ovocitos no en crecimiento portadores de deleción de la unidad de transcripción H19 (Kono et al. 2002). D) Reconstitución embrionaria con ovocitos completamente crecidos y ovocitos no en crecimiento con deleción extensa de la región del gen H19, incluida la región/elemento límite desnaturalizado aguas arriba (Kono et al. 2004). Barras verticales: Barras rojas, unidad de transcripción del gen Igf2; barras verdes, elemento de región/límite diferencialmente metilado aguas arriba del promotor del gen H19; barras azules, unidad de transcripción del gen H19. Los valores se refieren al día de gestación (etapa de desarrollo) alcanzado después de cada tipo de manipulación.
Cita: Reproducción 128, 1; 10.1530 / rep. 1.00311
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