een belangrijke mijlpaal in de reproductieve wetenschap werd bereikt met de geboorte van de muis ‘Kaguya’, het eerste levensvatbare parthenogenetisch zoogdier (Kono et al. 2004). Het werk werd uitgevoerd door Dr.Tomohiro Kono en collega ‘ s, en vertegenwoordigt een belangrijke technische prestatie met de productie van vele honderden gereconstrueerde eieren, waarvan tien levende en achttien dode jongen werden verkregen op dag 19.5 van de dracht. Van de twee overlevende pups werd één gedood voor genexpressiestudies en de andere, Kaguya, werd bevorderd en overleefde om zich met succes voort te planten op conventionele wijze. Dit werk breidt verder uit wat haalbaar is in kunstmatige reproductie en kan belangrijke implicaties hebben voor het begrijpen van aspecten van embryonale ontwikkeling en genregulatie. In tegenstelling tot de mening van sommige commentatoren in de populaire pers is het echter onwaarschijnlijk dat het een grote impact zal hebben op menselijke kunstmatige voortplantingstechnieken.
Genomic imprinting, de differentiële expressie van genen afhankelijk van hun ouderlijke oorsprong, is de belangrijkste (misschien wel de enige) barrière voor parthenogenetische ontwikkeling bij zoogdieren, waarbij het individu geen genetisch materiaal van vaderskant bevat. In mechanistische termen, betekent het genomic stempelen dat het chromatine van bepaalde genetische loci verschillend in de ouderlijke kiemlijnen wordt gewijzigd zodat de ouderlijke allelen verschillend in het zich ontwikkelende embryo worden uitgedrukt. Ongeveer vijftig genen zijn beschreven in muizen en mensen die transcriptioneel tot zwijgen brengen van een van de ouderlijke allelen tijdens embryonale ontwikkeling (Moore et al. 2001, Fig. 1 bis). Parthenogenetische embryo ‘ s hebben daarom een tekort aan paternaal tot expressie gebrachte genproducten en vertonen ernstige groeivertraging en intra-uteriene sterfte.gedurende bijna tien jaar hebben Kono en anderen gewerkt aan het verbeteren van de mate waarin parthenogenetische embryo ‘ s zich in utero kunnen ontwikkelen, waardoor belangrijke mechanistische details van het inprentingsproces aan het licht kwamen (Kono et al. 1996, 2002, Obata et al. 1998, Kato et al. 1999, Bao et al. 2000, 2003, Sotomaru et al. 2002). Hoofdzakelijk toont hun werk aan dat het opleggen van afdrukken in de maternale kiemlijn plaatsvindt in een relatief laat stadium van oogenese. Daarom, op sommige ingeprente genetische loci, kunnen niet-groeiende (ng) oöcyten ‘imprint-neutraal’ zijn met betrekking tot maternaal opgelegde imprints, of kunnen sommige paternale imprints behouden die pas later in oogenese worden verwijderd. Er is bewijs voor beide mogelijkheden (Kono et al. 1996, Obata et al. 1998, Kato et al. 1999, Bao et al. 2000, T Kono, ongepubliceerde observaties). Wanneer ng oöcyten worden gebruikt om diploïdie van onbevruchte eieren te reconstitueren (Fig. 1B), is het resultaat ontwikkeling ver voorbij wat normaal gezien gebruikend volledig gegroeid (fg) oocytes wordt gezien. Echter, deze verbeteringen niettegenstaande, het verst dat dergelijke embryo ‘ s kunnen ontwikkelen is tot dag 13,5 van de zwangerschap (Kono et al. 1996). Moleculaire genetische analyse van deze embryo ‘ s geeft aan dat, terwijl verschillende paternaal tot expressie gebrachte genen worden uitgedrukt uit het genoom van de ng oöcyt, het normaal maternaal tot expressie gebrachte H19 gen biallelisch tot expressie wordt gebracht en het paternaal tot expressie gebrachte Igf2 gen tot zwijgen wordt gebracht op zowel ng als fg afgeleide allelen (Obata et al. 1998).
Kono ’s volgende stap was om te proberen om H19 en Igf2 gendosering in parthenogenetische embryo’ s te corrigeren door chromosomen te introduceren die deleties bevatten die: (I) H19 transcriptie afschaffen (Kono et al. 2002, Fig. 1C), en (ii) afschaffen H19 transcriptie en terug Igf2 expressie (Kono et al. 2004, Fig. 1D). De eerste manipulatie verlengde parthenogenetische ontwikkeling in utero tot dag 17,5 van de zwangerschap en de tweede resulteerde in de geboorte van Kaguya. Op het eerste gezicht genomen, impliceren deze resultaten dat verdere verbeteringen in het tempo van succesvolle parthenogenetische ontwikkeling mogelijk zijn met diepere kennis van het stempelproces en meer verfijnde manipulaties van genotype of epigenotype. In wezen kan een soort rationele ontwikkelingstechniek haalbaar zijn.Rudolf Jaenisch, onlangs Geciteerd In The Scientist, stelt echter dat Kaguya gewoon een stochastische gebeurtenis is, waarin een belangrijk onderdeel van de epigenetische basis van haar levensvatbaarheid onvoorspelbaar is (Holding et al. 2004). Hij degradeert Kono ‘ s logica van het gebruik van h19/Igf2 transgenics naar een kleine rol. Impliciet stelt hij dat als een groot aantal embryo-reconstitutieexperimenten wordt uitgevoerd, de geboorte van levensvatbare nakomelingen kan plaatsvinden als gevolg van willekeurige bemonstering van ‘epigenotype ruimte’. Zijn argumenten lopen parallel met de suggestie dat levensvatbare gekloonde dieren geproduceerd door herprogrammering van somatische cellen slechts unieke, willekeurige gebeurtenissen zijn (Surani 2003). Nochtans, in Kono ‘ s experimenten, in tegenstelling tot het klonen van somatische cellen, ondergaat de nucleus van ng oocyte waarschijnlijk geen uitgebreid herprogrammeren van chromatin, die reeds aan een het lot van de stamcel van de kiemlijn wordt geëngageerd. Ook worden dergelijke oöcyten verklaard in een bepaald ontwikkelingsstadium en worden daarom naar verwachting relatief homogeen met betrekking tot epigenotype. Een meer leerzame vergelijking, in embryo reconstitutieexperimenten, kan zijn met het gebruik van haploïde spermatide kernen van de testis of diploïde blastomere kernen van pre-implantatie embryo ‘ s, die relatief hoge snelheden van ontwikkeling ondergaan.wat ligt dan ten grondslag aan de lage participatiegraad van Kono ‘ s experimenten? Een mogelijkheid is dat de oorsprong van ng oocyte epigenotype variabiliteit te wijten is aan de willekeurige bemonstering van verschillende combinaties van maternaal en paternaal afgeleide bedrukte chromosomale regio ‘ s bij meiosis. Bedenk dat de diploïde ng oöcyt-kern maternaal en paternaal afgeleide homologen bevat die systematisch (in plaats van stochastisch) kunnen verschillen op ingeprente loci als gevolg van onvolledige verwijdering van resterende maternale en vaderlijke afdrukken in dit stadium van oöcytontwikkeling. Bij elke ingeprente locus worden maternaal en paternaal afgeleide homologen geschud en willekeurig gescheiden bij meiosis. Daarom, in Kono ‘ s experimenten, vertegenwoordigt elke resulterende haploïde ng oöcytkern één van 2n combinaties van maternale en vaderlijke afdrukken, waarbij n het aantal ingeprente chromosomale gebieden is die differentieel gewijzigd in ng oöcytes blijven. Bijvoorbeeld, als het diploïde ng oöcytengenoom acht ingeprente chromosomale gebieden bevat die systematisch residuele verschillen tussen moederlijke en vaderlijke homologen vertonen, volgt daaruit dat er 28 (256) mogelijke epigenotypen zijn, waarvan misschien slechts een klein aantal de levensvatbaarheid van embryo ‘ s mogelijk maakt. Om het voorbeeld uit te breiden: misschien is slechts 1 in 256 van ng oocytes die een volledige reeks van acht voorheen vaderlijke homologen erven in staat om goede embryoproductie te ondersteunen toe te schrijven aan het behoud van sommige vaderlijke afdrukken op deze loci. De validiteit van deze hypothese kan worden getest met behulp van ng-oöcyten van een F1-hybride om de verspreiding van grootmaternale en grootpaternale homologen op ingeprente loci in gereconstitueerde embryo ‘ s met uitzonderlijke ontwikkeling te identificeren.
Jaenisch merkt ook op dat het redden van de levensvatbaarheid van parthenogenetische embryo ’s door de versterking van de Igf2-expressie (d.w.z. Kaguya) onverwacht is, omdat Igf2 niet haalbaar is voor levensvatbaarheid in normale twee-ouderlijke embryo’ s. De bijdrage van Igf2 aan de levensvatbaarheid van embryo ‘ s is echter slechts in een zeer beperkt aantal genetische achtergronden getest. Het is vrij denkbaar dat sommige parthenogenetische embryo ’s van Kono, die een verschillend epigenotype en genuitdrukkingspatroon aan twee-ouderlijke embryo’ s hebben, van aanvulling met Igf2 profiteren. Echter, Kono ‘ s ‘fascinerende raadsel’ van hoe H19 / Igf2 normalisatie ‘veroorzaakte de modificatie van een breed scala van genen’ (Kono et al. 2004) kan een afleidingsmanoeuvre zijn, omdat het epigenotype van een parthenogenetisch embryo dat reageert op H19/Igf2 normalisatie kan verschillen van het epigenotype dat dat niet doet. De waargenomen verandering in genexpressie geassocieerd met toevoeging van de h19δ13-mutatie kan daarom de selectie weerspiegelen van een reeds bestaand epigenotype dat Igf2-gemedieerde versterking van parthenogenetische ontwikkeling faciliteert, in plaats van een direct gevolg van Igf2-expressie per se.
- Download figuur
schema van epigenotype bij H19/Igf2 genlocus geassocieerd met verschillende manipulaties van muiskiemcellen. A) normale bemesting. B) Embryo-reconstitutie met volgroeide en niet-groeiende eicellen (Kono et al. 1996). C) Embryo-reconstructie met volgroeide en niet-groeiende eicel die deletie van de H19-transcriptie-eenheid (Kono et al. 2002). (D) Embryo-reconstructie met volgroeide en niet-groeiende eicel die een uitgebreide deletie van h19-gengebied met inbegrip van upstream differentieel gemethyleerd gebied/grenselement (Kono et al. 2004). Verticale balken: rode balken, Igf2 gen transcriptie-eenheid; groene balken, differentieel gemethyleerd gebied/grenselement stroomopwaarts van h19 genpromotor; blauwe balken, H19 gen transcriptie-eenheid. De waarden hebben betrekking op de dag van de dracht (ontwikkelingsfase) die na elk type manipulatie wordt bereikt.
citaat: reproductie 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
- Exportcitation
-
Bao s, Ushijima H, Hirose A, Aono F, Ono Y &Kono T 2003 Development of bovine oocytes reconstructed with a nucleus from growing stage oocytes after fertilization in vitro. Theriogenologie 59 1231-1239.
- Search Google Scholar
- Export Citation
-
Holding C 2004 1st mouse by parthenogenesis? Enkele gen knockout in dubbele maternale eicel resulteert in levensvatbare muizen, maar sommige twijfel studie. De wetenschapper April 21, http://www.biomedcentral.com/news/20040421/01/.
-
Kato Y, Rideout WM III, Hilton K, Barton SC, Tsunoda Y & Surani MA 1999 Developmental potential of mouse primordial germ cells. Ontwikkeling 126 1823-1832.
- Search Google Scholar
- Exportcitation
-
Kono T, Obata Y, Yoshimzu T, Nakahara t & Carroll J 1996 epigenetische modificaties tijdens de groei van eicellen correleren met uitgebreide parthenogenetische ontwikkeling bij de muis. Natuurgenetica 13 91-94.
- Search Google Scholar
- Export Citation
-
Kono T, Sotomaru Y, Katsuzawa Y &Dandolo L 2002 parthenogenetische embryo ‘ s van muizen met monoallelische H19-expressie kunnen zich ontwikkelen tot dag 17,5 van de dracht. Ontwikkelingsbiologie 243 294-300.
- Search Google Scholar
- Exportcitation
-
Kono T, Obata Y, Wu Q, Niwa K, Ono Y, Yamamoto Y, Park ES, Seo JS &Ogawa H 2004 geboorte van parthenogenetische muizen die zich kunnen ontwikkelen tot volwassenheid. Natuur 428 860-864.
- Search Google Scholar
- Exportcitation
-
Moore T 2001 genetisch conflict, genomische inprenting en vaststelling van het epigenotype in relatie tot groei. Reproductie 122 185-193.
- Search Google Scholar
- Exportcitation
-
Obata Y, Kaneko-Ishino T, Koide T, Takai Y, Ueda T, Domeki I, Shiroishi T, Ishino F &Kono T 1998 verstoring van de primaire afdruk tijdens groei van eicellen leidt tot de gewijzigde uitdrukking van ingeprent genen tijdens embryogenese. Ontwikkeling 125 1553-1560.
- Search Google Scholar
- Exportcitation
-
Sotomaru Y, Katsuzawa Y, Hatada I, Obata Y, Sasaki h & Kono T 2002 Unregulated expression of the imprinted genes H19 and Igf2r in mouse uniparental fetussen. 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