en betydelig milepæl i reproduktiv vitenskap er oppnådd med fødselen av musen ‘Kaguya’ , det første levedyktige parthenogenetiske pattedyret (Kono et al. 2004). Arbeidet ble utført Av Dr Tomohiro Kono Og kolleger, og representerer en stor teknisk prestasjon som involverer produksjon av mange hundre rekonstruerte egg, hvorav ti levende og atten døde, valper ble oppnådd på dag 19.5 av svangerskapet. Av de to overlevende valpene ble en drept for genuttrykksstudier, Og Den andre, Kaguya, ble fostret og overlevde for å reprodusere vellykket med konvensjonelle midler. Dette arbeidet utvider videre hva som er mulig i kunstig reproduksjon og kan ha viktige implikasjoner for å forstå aspekter av embryonisk utvikling og genregulering. Men i motsetning til synspunkter fra noen kommentatorer i den populære pressen, er det lite sannsynlig å få stor innvirkning på menneskelig kunstig reproduktiv teknologi.Genomisk imprinting, det differensielle uttrykket av gener avhengig av foreldrenes opprinnelse, er den viktigste (kanskje den eneste) barrieren for parthenogenetisk utvikling hos pattedyr, der individet ikke inneholder noe genetisk materiale fra faderen. I mekanistiske termer, genomisk imprinting betyr at kromatin av visse genetiske loci er differensielt modifisert i foreldrenes germlines slik at foreldre alleler er differensielt uttrykt i den utviklende embryo. Rundt femti gener har blitt beskrevet hos mus og mennesker som viser transkripsjonell silencing av en av foreldrenes alleler under embryonisk utvikling (Moore et al. 2001, Fig. 1A). Parthenogenetiske embryoer er derfor mangelfulle i paternalt uttrykte påtrykte genprodukter og utviser alvorlig vekstretardasjon og intrauterin død.I nesten et tiår har Kono og andre arbeidet for å forbedre i hvilken grad parthenogenetiske embryoer kan utvikle seg i utero, og dermed avsløre viktige mekanistiske detaljer om imprinting-prosessen (Kono et al. 1996, 2002, Obata et al. 1998, Kato et al. 1999, Bao et al. 2000, 2003, Sotomaru et al. 2002). Hovedsakelig, deres arbeid viser at ileggelse av avtrykk i mors kimline skjer på et relativt sent stadium av oogenesis. Derfor kan ikke-voksende (ng) oocytter være ‘imprint-nøytrale’ med hensyn til maternelt pålagte avtrykk, eller kan beholde noen faderlige avtrykk som ikke fjernes før senere i oogenesen. Det er bevis for begge disse mulighetene (Kono et al. 1996, Obata et al. 1998, Kato et al. 1999, Bao et al. 2000, T Kono, upubliserte observasjoner). Når ng-oocytter brukes til å rekonstituere diploidi av ubefruktede egg (Fig. 1B), er resultatet utvikling langt utover det som normalt ses ved bruk av fullvoksne (fg) oocytter. Men disse forbedringene til tross, lengst at slike embryoer kan utvikle er til dag 13.5 av svangerskapet (Kono et al. 1996). Molekylærgenetisk analyse av disse embryoene indikerer at mens flere paternalt uttrykte trykte gener uttrykkes fra ng-oocytgenomet, uttrykkes Det normalt maternalt uttrykte H19-genet biallelt og Det paternalt uttrykte Igf2-genet blir tavlet på både ng-og fg-avledede alleler (Obata et al . 1998).Konos neste skritt var å forsøke å korrigere H19 og Igf2 gendosering i parthenogenetiske embryoer ved å introdusere kromosomer som inneholder slettinger som: (i) avskaffe h19 transkripsjon (Kono et al. 2002, Fig. 1C), og (ii) avskaffe h19 transkripsjon og gjenopprette Igf2 uttrykk (Kono et al. 2004, Fig. 1D). Den første manipulasjonen utvidet parthenogenetisk utvikling i utero til dag 17.5 av svangerskapet og den andre resulterte I fødselen Av Kaguya. Tatt til pålydende, disse resultatene innebærer at ytterligere forbedringer i frekvensen av vellykket parthenogenetic utvikling er mulig med dypere kunnskap om imprinting prosessen og mer sofistikerte manipulasjoner av genotype eller epigenotype. I hovedsak kan en type rasjonell utviklingsteknikk være oppnåelig.Rudolf Jaenisch, sitert nylig I The Scientist, hevder Imidlertid At Kaguya ganske enkelt er en stokastisk hendelse, hvor en viktig del av det epigenetiske grunnlaget for hennes levedyktighet er uforutsigbar (Holding et al. 2004). Han henviser I hovedsak Konos begrunnelse for Å bruke H19 / Igf2 transgenics til en mindre rolle. Implisitt, hevder han at hvis et stort antall embryo rekonstituering eksperimenter utføres fødselen av levedyktig avkom kan oppstå på grunn av tilfeldig prøvetaking av ‘epigenotype plass’. Hans argumenter parallelt forslaget om at levedyktige klonede dyr produsert av somatisk celleprogrammering er bare unike, tilfeldige hendelser (Surani 2003). Men I Konos eksperimenter, i motsetning til somatisk cellekloning, gjennomgår ng-oocyttkjernen sannsynligvis ikke omfattende omprogrammering av kromatin, og er allerede forpliktet til en germline stamcelle skjebne. Også slike oocytter eksploderes på et definert utviklingsstadium og forventes derfor å være relativt homogene med hensyn til epigenotype. En mer læreriktig sammenligning, i embryo-rekonstitueringsforsøk, kan være ved bruk av haploide spermatid-kjerner fra testis eller diploide blastomere kjerner fra preimplantasjonsembryoer, som gjennomgår relativt høye utviklingshastigheter.
hva ligger da til grunn for de lave nivåene av parthenogenetisk levedyktighet i Konos eksperimenter? En mulighet er at opprinnelsen til ng oocyte epigenotype variasjon skyldes tilfeldig prøvetaking av ulike kombinasjoner av maternalt og paternalt avledet trykt kromosomale regioner på meiose. Husk at den diploide ng-oocyttkjernen inneholder homologer fra mor og far som kan avvike systematisk (snarere enn stokastisk) ved avtrykt loki på grunn av ufullstendig fjerning av rester fra mor og far på dette stadiet av oocyttutvikling. Ved hvert påtrykt lokus blir homologer fra mor og far blandet og tilfeldig segregert ved meiose. Derfor, I Konos eksperimenter, representerer hver resulterende haploide ng-oocyttkjerne en av 2n-kombinasjoner av maternelle og faderlige avtrykk, hvor n er antall trykte kromosomale regioner som forblir differensielt modifisert i ng-oocytter. For eksempel, hvis det diploide ng-oocytgenomet inneholder åtte påtrykte kromosomale regioner som systematisk viser gjenværende forskjeller mellom mors og fars homologer, følger det at det er 28 (256) mulige epigenotyper, hvorav kanskje bare et lite antall tillater embryo levedyktighet. For å utvide eksemplet: kanskje bare 1 i 256 av ng-oocytter som arver et komplett sett med åtte tidligere faderhomologer, er i stand til å støtte god embryoutvikling på grunn av oppbevaring av noen faderlige avtrykk på disse loci. Gyldigheten av denne hypotesen kan testes ved hjelp av ng-oocytter fra En F1-hybrid for å identifisere fordelingen av grandfaternal og grandfaternal homologer ved imprinted loci i rekonstituerte embryoer som viser eksepsjonell utvikling.Jaenisch bemerker også at redning av parthenogenetisk embryo levedyktighet ved forbedring Av Igf2-uttrykk (viz Kaguya) er uventet fordi Igf2 er dispensbar for levedyktighet i normale biparentale embryoer. Igf2s bidrag til embryo levedyktighet er imidlertid kun testet i et svært begrenset antall genetiske bakgrunner. Det er ganske tenkelig at Noen Av Konos parthenogenetiske embryoer, som har en annen epigenotype og genuttrykksmønster til biparentale embryoer, drar nytte av komplementering Med Igf2. Men Konos ‘fascinerende gåte’ om Hvordan h19 / Igf2 normalisering ‘forårsaket modifikasjonen av et bredt spekter av gener’ (Kono et al. 2004) kan være en rød sild fordi epigenotypen til et parthenogenetisk embryo som reagerer På h19/Igf2-normalisering, kan avvike fra En som ikke gjør det. Den oppfattede endringen i genuttrykk assosiert MED tillegg AV h19δ13-mutasjonen kan derfor gjenspeile seleksjonen av en eksisterende epigenotype som muliggjør Igf2-mediert forbedring av parthenogenetisk utvikling, snarere enn å være et direkte resultat Av Igf2-ekspresjon i seg selv.
- Last Ned Figur
Skjematisk av epigenotype Ved H19 / Igf2 gen locus forbundet med ulike manipulasjoner av musekimceller. (A) Normal befruktning. (B) Embryo rekonstituering med fullvoksen oocyt og ikke-voksende oocyt (Kono et al. 1996). (C) Embryo rekonstituering med fullvoksen oocyte og ikke-voksende oocyte bærer sletting Av h19 transkripsjon enhet (Kono et al. 2002). (D) Embryo rekonstituering med fullvoksen oocyte og ikke-voksende oocyte bærer omfattende sletting Av H19 gen region inkludert oppstrøms differensielt metylert region / grenseelement (Kono et al . 2004). Vertikale streker: Røde streker, Igf2 gentranskripsjonsenhet; grønne streker, differensielt metylert region / grenseelement oppstrøms For H19 gentranskripsjonsenhet; blå streker, H19 gentranskripsjonsenhet. Verdier refererer til svangerskapsdagen (utviklingsstadiet) nådd etter hver type manipulasjon.
Sitat: Reproduksjon 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.
- Søk På Google Scholar
-
Bao S, Ushijima H, Hirose A, Aono F, Ono Y &Kono T 2003 Utvikling av storfe oocytter rekonstruert med en kjerne fra voksende stadium oocytter etter befruktning in vitro. Theriogenology 59 1231-1239.
- Søk På Google Scholar
- Eksporter Sitat
-
Holder C 2004 1. mus ved parthenogenese? Enkelt gen knockout i dual maternal oocyte resulterer i levedyktige mus, men noen tvil studie. Forskeren April 21, http://www.biomedcentral.com/news/20040421/01/.
-
Kato Y, Rideout WM III, Hilton K, Barton SC, Tsunoda Y& Surani MA 1999 Utviklingspotensial av mus primordial bakterie celler. Utvikling 126 1823-1832.
- Søk På Google Scholar
-
Kono T, Obata Y, Yoshimzu T, Nakahara T &Carroll J 1996 Epigenetiske modifikasjoner under oocytvekst korrelerer med utvidet parthenogenetisk utvikling i musen. Naturgenetikk 13 91-94.
- Søk Google Scholar
-
Kono T, Sotomaru Y, Katsuzawa Y & Dandolo L 2002 Mus parthenogenetiske embryoer med monoallelisk h19 uttrykk kan utvikle seg til dag 17.5 av svangerskapet. Utviklingsbiologi 243 294-300.
-
Moore T 2001 Genetisk konflikt, genomisk imprinting og etablering av epigenotype i forhold til vekst. Reproduksjon 122 185-193.
- Søk På Google Scholar
-
Obata Y, Kaneko-Ishino T, Koide T, Takai Y, Ueda T, Domeki I, Shiroishi T, Ishino F &Kono T 1998 Forstyrrelse av primær imprinting under oocytvekst fører til det modifiserte uttrykket av trykte gener under embryogenese. Utvikling 125 1553-1560.
- Søk På Google Scholar
-
Sotomaru Y, Katsuzawa Y, Hatada I, Obata Y, Sasaki h & Kono T 2002 Uregulert uttrykk for de påtrykte gener H19 Og Igf2r i mus uniparental foster. 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