merkittävä virstanpylväs lisääntymistieteessä on saavutettu hiiren ”Kaguyan” syntymän myötä, joka oli ensimmäinen elinkelpoinen partenogeneettinen nisäkäs (Kono et al. 2004). Työn teki tohtori Tomohiro Kono kollegoineen, ja se on merkittävä tekninen saavutus, johon liittyy useiden satojen rekonstruoitujen munien tuotanto, joista saatiin kymmenen elävää ja kahdeksantoista kuollutta poikasta tiineyspäivänä 19.5. Kahdesta elossa olevasta pennusta toinen tapettiin geeniekspressiotutkimuksia varten ja toinen, Kaguya, kasvatettiin ja selvittiin lisääntymään onnistuneesti tavanomaisin keinoin. Tämä työ laajentaa edelleen sitä, mitä voidaan saavuttaa keinotekoisessa lisääntymisessä, ja sillä voi olla merkittäviä vaikutuksia alkion kehitykseen ja geenien säätelyyn liittyvien näkökohtien ymmärtämiseen. Toisin kuin jotkut kommentoijat popular press-lehdissä ovat sitä mieltä, sillä ei todennäköisesti ole suurta vaikutusta ihmisen keinotekoiseen lisääntymisteknologiaan.
genominen jälki, geenien erilaistunut ilmentyminen riippuen niiden vanhemmuudesta, on tärkein (ehkä ainoa) este partenogeneettiselle kehitykselle nisäkkäillä, joissa yksilöllä ei ole isällistä geneettistä materiaalia. Mekanistisessa mielessä genominen impraktiolla tarkoitetaan sitä, että tiettyjen geneettisten lokusten kromatiini on erilaistunut emoalkioissa siten, että emoalleelit ovat erilaistuneet kehittyvässä alkiossa. Noin viisikymmentä geenit on kuvattu hiirillä ja ihmisillä, jotka osoittavat transkriptionaalinen vaientaminen yksi vanhempien alleelit aikana alkion kehitystä (Moore et al. 2001, Fig. 1 A). Partenogeneettisillä alkioilla ei siis ole riittävästi isäproteiineihin painautuneita geenituotteita, ja niiden kasvu hidastuu huomattavasti ja sikiö kuolee kohdunsisäisesti.
lähes vuosikymmenen ajan Kono ja muut ovat työskennelleet parantaakseen sitä, missä määrin partenogeneettiset alkiot voivat kehittyä kohdussa, paljastaen siten tärkeitä mekanistisia yksityiskohtia painatusprosessista (Kono et al. 1996, 2002, Obata et al. 1998, Kato et al. 1999, Bao et al. 2000, 2003, Sotomaru et al. 2002). Pääasiassa heidän työnsä osoittaa, että painaumien asettaminen emon itulinjaan tapahtuu suhteellisen myöhäisessä oogeneesin vaiheessa. Siksi kasvamattomat varhaismunasolut voivat joissakin geneettisissä lokuksissa olla ”jälkineutraaleja” suhteessa maternaalisiin muistijälkiin, tai ne voivat säilyttää joitakin isänpuoleisia muistijälkiä, jotka poistuvat vasta myöhemmin oogeneesissä. On näyttöä näistä molemmista mahdollisuuksista (Kono et al. 1996, Obata et al. 1998, Kato et al. 1999, Bao et al. 2000, T Kono, julkaisemattomat huomautukset). Kun varhaismunasoluja käytetään hedelmöittymättömien munasolujen (Kuva. 1B), tuloksena on kehitystä paljon enemmän kuin normaalisti nähdään käyttämällä täysikasvuisia (fg) varhaismunasoluja. Kuitenkin nämä parannukset huolimatta, pisimmälle, että tällaiset alkiot voivat kehittyä on päivä 13.5 tiineyden (Kono et al. 1996). Näiden alkioiden molekyyli-geneettinen analyysi osoittaa, että vaikka ng-munasolun genomista ilmaistaan useita paternaalisesti ilmaistuja geenejä, normaalisti maternaalisesti ilmaistu H19-geeni ilmaistaan biallelisesti ja paternaalisesti ilmaistu Igf2-geeni hiljennetään sekä NG-että fg-johdetuilla alleeleilla (Obata et al. 1998).
Konon seuraava askel oli yrittää korjata H19-ja Igf2-geenin annostusta partenogeneettisissä alkioissa ottamalla käyttöön kromosomeja, jotka sisältävät deleetioita, jotka: (i) poistavat H19-transkription (Kono et al. 2002, Fig. 1C), ja (ii) poistaa H19 transkriptio ja palauttaa Igf2 lauseke (Kono et al. 2004, Fig. 1D). Ensimmäinen manipulaatio pidensi partenogeneettistä kehitystä kohdussa tiineyden päivään 17.5 ja toinen johti Kaguyan syntymiseen. Nämä tulokset viittaavat siihen, että partenogeneettisen kehityksen onnistumisnopeuden parantaminen on mahdollista syvemmällä tuntemuksella painatusprosessista ja genotyypin tai epigenotyypin kehittyneemmillä käsittelyillä. Pohjimmiltaan eräänlainen järkevä kehitystekniikka voi olla saavutettavissa.
kuitenkin Rudolf Jaenisch, jota lainattiin äskettäin The Scientist-lehdessä, väittää, että Kaguya on yksinkertaisesti stokastinen tapahtuma, jossa merkittävä osa hänen elinkelpoisuutensa epigeneettisestä perustasta on arvaamaton (Holding et al. 2004). Hän lähinnä siirtää konon perustelut käyttää H19 / Igf2 transgeenisiä on vähäinen rooli. Implisiittisesti hän väittää, että jos tehdään suuri määrä alkion ennallistamiskokeita, voi syntyä elinkelpoisia jälkeläisiä ”epigenotyyppiavaruuden” satunnaisotannalla. Hänen argumenttinsa ovat rinnakkaisia väitteelle, että somaattisten solujen uudelleenohjelmoinnin tuottamat elinkelpoiset kloonatut eläimet ovat vain ainutlaatuisia, satunnaisia tapahtumia (Surani 2003). Konon kokeissa, toisin kuin somaattisessa solukloonauksessa, ng-munasolun tumassa ei kuitenkaan todennäköisesti tapahdu laajaa kromatiinin uudelleenohjelmointia, vaan se on jo sitoutunut itulinjan kantasolujen kohtaloon. Myös tällaiset varhaismunasolut räjähtävät tietyssä kehitysvaiheessa, minkä vuoksi niiden odotetaan olevan epigenotyyppiin nähden suhteellisen homogeenisia. Opettavaisempi vertailu alkion ennallistamiskokeissa voi olla kiveksistä peräisin olevien haploidisten spermatidiytimien tai esiimplantaation alkioista peräisin olevien diploidisten blastomeeriytimien käyttö, joiden kehitysnopeus on suhteellisen korkea.
mistä sitten johtuu partenogeneettisen elinkelpoisuuden vähäinen määrä Konon kokeissa? Yksi mahdollisuus on, että ng-munasolun epigenotyypin vaihtelu johtuu siitä, että meioosissa on otettu satunnaisotannalla eri yhdistelmiä maternaalisista ja paternaalisista kromosomaalisista alueista. On muistettava, että diploidinen ng-munasolun tuma sisältää maternaalisesti ja paternaalisesti johdettuja homologeja, jotka voivat systemaattisesti (pikemminkin kuin stokastisesti) poiketa toisistaan painetussa lokuksessa, koska äidin ja isän jäännöspainatukset poistuvat epätäydellisesti munasolun tässä kehitysvaiheessa. Jokaisessa painetussa lokuksessa maternaalisesti ja isällisesti johdetut homologiat sekoitetaan ja erotellaan satunnaisesti meioosissa. Siksi Konon kokeissa jokainen tuloksena oleva haploidinen ng-munasolun Tuma edustaa yhtä 2n: stä äidin ja isän painatuksen yhdistelmästä, jossa n on ng-varhaismunasoluissa toisistaan poikkeavien kromosomialueiden lukumäärä. Jos esimerkiksi diploidisessa ng-munasolun genomissa on kahdeksan painettua kromosomialuetta, joissa esiintyy systemaattisesti jäännöseroja äidin ja isän homologien välillä, tästä seuraa, että on olemassa 28 (256) mahdollista epigenotyyppiä, joista ehkä vain pieni määrä mahdollistaa alkion elinkelpoisuuden. Esimerkin laajentamiseksi: ehkä vain yksi 256: sta ng-varhaismunasoluista, jotka perivät täyden joukon kahdeksaa aiemmin isänpuoleista homologiaa, pystyy tukemaan hyvää alkionkehitystä, koska jotkin isänpuoleiset muistijäljet jäävät näihin lokuksiin. Tämän hypoteesin paikkansapitävyyttä voitaisiin testata käyttämällä F1-hybridistä peräisin olevia ng-varhaismunasoluja, jotta voitaisiin tunnistaa isänpuolisten ja isänpuolisten homologien jakautuminen painetussa lokuksessa ennallistetuissa alkioissa, joilla on poikkeuksellinen kehitys.
Jaenisch toteaa myös, että partenogeneettisen alkion elinkelpoisuuden pelastaminen igf2-ekspression (viz Kaguya) tehostamisella on odottamatonta, koska Igf2: n elinkelpoisuus on mitattavissa normaaleilla kaksiparanteisilla alkioilla. Igf2: n osuutta alkion elinkelpoisuuteen on kuitenkin testattu vain hyvin rajallisella määrällä geneettisiä taustoja. On täysin ajateltavissa, että jotkut Konon partenogeneettisistä alkioista, joilla on erilainen epigenotyyppi ja geeniekspressiokuvio kuin biparentaalisilla alkioilla, hyötyvät täydentymisestä Igf2: n kanssa. Konon ’kiehtova arvoitus’ siitä, miten H19 / Igf2 normalisoituminen ’aiheutti monenlaisten geenien muuntelun’ (Kono et al. 2004) voi olla Punahilkka, koska H19/Igf2-normalisoitumiseen reagoivan partenogeneettisen alkion epigenotyyppi voi poiketa siitä, joka ei vastaa. H19δ13-mutaation lisäämiseen liittyvä koettu muutos geeniekspressiossa voi näin ollen heijastaa ennestään olemassa olevan epigenotyypin valintaa, joka helpottaa Igf2-välitteistä partenogeneettisen kehityksen tehostumista sen sijaan, että se olisi suora seuraus Igf2-ilmentymästä sinänsä.
- Lataa kuva
kaavio epigenotyypistä H19 / Igf2-geenilokuksessa, joka liittyy erilaisiin hiiren sukusolujen manipulaatioihin. A) normaali lannoitus. (B) alkion liuottaminen täysikasvuisiin munasoluihin ja kasvamattomiin munasoluihin (Kono et al. 1996). C) alkion valmistaminen täysikasvuisilla munasoluilla ja kasvamattomilla munasoluilla, joissa on H19-transkriptioyksikön poisto (Kono et al. 2002). (D) alkion ennallistaminen täysikasvuisilla munasoluilla ja kasvamattomilla munasoluilla, joissa on laaja H19-geenin alueen deleetio, mukaan lukien tuotantoketjun alkupään erotetut metyloidut alue – /rajaelementit (Kono et al. 2004). Pystypalkit: punaiset palkit, Igf2-geenin transkriptio-yksikkö; vihreät palkit, eri tavoin metyloitu alue / raja-Elementti yläjuoksulla H19-geenipromoottori; siniset palkit, H19-geenin transkriptio-yksikkö. Arvot viittaavat tiineyspäivään (kehitysvaiheeseen), joka saavutetaan kunkin manipulointityypin jälkeen.
lainaus: Reproduction 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.
- Search Google Scholar
- Export Citation
-
Bao s, Ushijima H, Hirose a, Aono F, ono Y & Kono T 2003 kasvuvaiheen varhaismunasoluilla rekonstruoitujen naudan varhaismunasolujen kehittyminen hedelmöityksen jälkeen In vitro. Theriogenology 59 1231-1239.
- Search Google Scholar
- Export Citation
-
Holding C 2004 1st mouse by partenogenesis? Yhden geenin tyrmäys kaksoisemän munasolussa johtaa elinkelpoisiin hiiriin, mutta jotkut epäilevät tutkimusta. The Scientist April 21, http://www.biomedcentral.com/news/20040421/01/.
- Search Google Scholar
- Export Citation
-
Kono T, Obata Y, Yoshimzu T, Nakahara t & Carroll J 1996 epigeneettiset muutokset munasolun kasvun aikana korreloivat laajennetun partenogeneettisen kehityksen kanssa hiirellä. Nature Genetics 13 91-94.
- Search Google Scholar
- Export Citation
- Search Google Scholar
- Export Citation
- Search Google Scholar
- Export Citation
-
Moore T 2001 geneettinen ristiriita, genomijälki ja epigenotyypin vakiintuminen suhteessa kasvuun. Lisääntyminen 122 185-193.
- Search Google Scholar
- Export Citation
-
Obata Y, Kaneko-Ishino T, Koide T, Takai Y, Ueda t, Domeki I, Shiroishi T, Ishino F & Kono T 1998 Primaarijäljen häiriö oosyyttien kasvun aikana johtaa painettujen geenien muunnettuun ilmentymiseen embryogeneesin aikana. Kehitys 125 1553-1560.
- Search Google Scholar
- Export Citation
- 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
Kato Y, Rideout WM III, Hilton K, Barton SC, Tsunoda Y &Surani MA 1999 hiiren alkusolujen kehityspotentiaali. Kehitys 126 1823-1832.
Kono T, Sotomaru Y, Katsuzawa Y &Dandolo L 2002 hiiren partenogeneettiset alkiot, joilla on monoallelinen H19-lauseke, voivat kehittyä tiineyden päivään 17.5. Kehitysbiologia 243 294-300.
Kono T, Obata Y, Wu Q, Niwa K, Ono Y, Yamamoto Y, Park ES, Seo JS &Ogawa H 2004 Partenogeneettisten hiirten syntymä, joka voi kehittyä aikuisuuteen. Luonto 428 860-864.
Sotomaru Y, Katsuzawa Y, Hatada I, Obata Y, Sasaki H & Kono T 2002 painettujen geenien H19 ja Igf2r sääntelemätön ilmentyminen hiiren uniparentaalisissa sikiöissä. Journal of Biological Chemistry 277 12474–12478.