o etapă semnificativă în știința reproducerii a fost realizată odată cu nașterea șoarecelui ‘Kaguya’, primul mamifer parthenogenetic viabil (Kono și colab. 2004). Lucrarea a fost realizată de Dr.Tomohiro Kono și colegii săi și reprezintă o realizare tehnică majoră care implică producerea a multe sute de ouă reconstruite, din care au fost obținuți zece pui vii și optsprezece morți în ziua 19.5 de gestație. Dintre cei doi pui supraviețuitori, unul a fost ucis pentru studii de expresie genetică, iar celălalt, Kaguya, a fost încurajat și a supraviețuit pentru a se reproduce cu succes prin mijloace convenționale. Această lucrare extinde în continuare ceea ce este realizabil în reproducerea artificială și poate avea implicații importante pentru înțelegerea aspectelor dezvoltării embrionare și a reglării genelor. Cu toate acestea, contrar opiniilor unor comentatori din presa populară, este puțin probabil să aibă un impact major asupra tehnologiilor reproductive artificiale umane.
imprimarea genomică, expresia diferențială a genelor în funcție de originea lor parentală, este principala (poate singura) barieră în calea dezvoltării partenogenetice la mamifere, în care individul nu conține material genetic patern. În termeni mecanici, imprimarea genomică înseamnă că cromatina anumitor loci genetici este modificată diferențiat în liniile germinale parentale, astfel încât alelele parentale să fie exprimate diferențiat în embrionul în curs de dezvoltare. Aproximativ cincizeci de gene au fost descrise la șoareci și oameni care prezintă tăcerea transcripțională a uneia dintre alelele parentale în timpul dezvoltării embrionare (Moore și colab. 2001, Fig. 1A). Prin urmare, embrionii partenogenetici sunt deficitari în produsele genetice imprimate exprimate paternal și prezintă o întârziere severă a creșterii și moarte intrauterină.timp de aproape un deceniu, Kono și alții au lucrat pentru a îmbunătăți măsura în care embrionii partenogenetici se pot dezvolta in utero, dezvăluind astfel detalii mecaniciste importante ale procesului de imprimare (Kono și colab. 1996, 2002, Obata și colab. 1998, Kato și colab. 1999, Bao și colab. 2000, 2003, Sotomaru și colab. 2002). În principal, munca lor arată că impunerea amprentelor în linia germinală maternă are loc într-un stadiu relativ târziu al oogenezei. Prin urmare, la unele loci genetice imprimate, ovocitele care nu cresc (ng) pot fi neutre în ceea ce privește amprentele impuse matern sau pot păstra unele amprente paterne care nu sunt îndepărtate decât mai târziu în oogeneză. Există dovezi pentru ambele posibilități (Kono și colab. 1996, Obata și colab. 1998, Kato și colab. 1999, Bao și colab. 2000, t Kono, observații nepublicate). Când se utilizează ovocite ng pentru reconstituirea diploidiei ouălor nefertilizate (Fig. 1B), rezultatul este dezvoltarea cu mult peste ceea ce se vede în mod normal folosind ovocite complet crescute (fg). Cu toate acestea, cu toate aceste îmbunătățiri, cel mai îndepărtat pe care îl pot dezvolta astfel de embrioni este până în ziua 13.5 de gestație (Kono și colab. 1996). Analiza genetică moleculară a acestor embrioni indică faptul că, în timp ce mai multe gene imprimate exprimate paternal sunt exprimate din genomul ovocitului ng, gena H19 exprimată în mod normal matern este exprimată bialelic, iar gena igf2 exprimată paternal este redusă la tăcere atât pe alelele derivate ng, cât și pe fg (Obata și colab. 1998).
următorul pas al lui Kono a fost încercarea de a corecta doza de gene H19 și Igf2 în embrionii partenogenetici prin introducerea cromozomilor care conțin ștergeri care: (i) elimină transcrierea H19 (Kono și colab. 2002, Fig. 1C) și (ii) abolirea transcrierii H19 și recuperarea expresiei Igf2 (Kono și colab. 2004, Fig. 1D). Prima manipulare a extins dezvoltarea partenogenetică in utero până în ziua 17.5 de gestație, iar a doua a dus la nașterea lui Kaguya. Luate la valoarea nominală, aceste rezultate implică faptul că sunt posibile îmbunătățiri suplimentare ale ratei de dezvoltare partenogenetică de succes, cu o cunoaștere mai profundă a procesului de imprimare și manipulări mai sofisticate ale genotipului sau epigenotipului. În esență, un tip de inginerie rațională de dezvoltare poate fi realizabil.cu toate acestea, Rudolf Jaenisch, citat recent în The Scientist, susține că Kaguya este pur și simplu un eveniment stocastic, în care o componentă majoră a bazei epigenetice a viabilității sale este imprevizibilă (Holding și colab. 2004). În esență, el retrogradează rațiunea lui Kono de a folosi transgenicele H19 / Igf2 la un rol minor. Implicit, el susține că, dacă se efectuează un număr mare de experimente de reconstituire a embrionilor, nașterea descendenților viabili poate apărea din cauza eșantionării aleatorii a spațiului epigenotip. Argumentele sale sunt paralele cu sugestia că animalele clonate viabile produse prin reprogramarea celulelor somatice sunt doar evenimente unice, aleatorii (Surani 2003). Cu toate acestea, în experimentele lui Kono, spre deosebire de clonarea celulelor somatice, nucleul ovocitului ng probabil nu suferă o reprogramare extinsă a cromatinei, fiind deja angajat într-o soartă a celulelor stem germinale. De asemenea, astfel de ovocite sunt explantate într-un stadiu de dezvoltare definit și, prin urmare, se așteaptă să fie relativ omogene în ceea ce privește epigenotipul. O comparație mai instructivă, în experimentele de reconstituire a embrionilor, poate fi utilizarea nucleelor spermatice haploide din testicul sau a nucleelor blastomerice diploide din embrionii preimplantare, care suferă rate relativ ridicate de dezvoltare.
ce anume stă la baza ratelor scăzute de viabilitate partenogenetică din experimentele lui Kono? O posibilitate este că originea variabilității epigenotipului ng al ovocitelor se datorează eșantionării aleatorii a diferitelor combinații de regiuni cromozomiale imprimate derivate materne și paterne la meioză. Reamintim că nucleul de ovocite diploid ng conține omologi derivați matern și patern care pot diferi sistematic (mai degrabă decât stocastic) la locurile imprimate datorită îndepărtării incomplete a amprentelor materne și paterne reziduale în acest stadiu al dezvoltării ovocitelor. La fiecare locus imprimat, omologii derivați matern și paternal sunt amestecați și separați aleatoriu la meioză. Prin urmare, în experimentele lui Kono, fiecare nucleu de ovocite ng haploid rezultat reprezintă una dintre combinațiile 2n de amprente materne și paterne, unde n este numărul de regiuni cromozomiale imprimate care rămân modificate diferențiat în ovocitele ng. De exemplu, dacă genomul ovocitului diploid ng conține opt regiuni cromozomiale imprimate care prezintă sistematic diferențe reziduale între omologii materni și paterni, rezultă că există 28 (256) epigenotipuri posibile, dintre care poate doar un număr mic permite viabilitatea embrionului. Pentru a extinde exemplul: poate că numai 1 din 256 de ovocite ng care moștenesc un set complet de opt foști omologi paterni este capabil să susțină o bună dezvoltare a embrionilor datorită păstrării unor amprente paterne la acești loci. Validitatea acestei ipoteze ar putea fi testată folosind ovocite ng dintr-un hibrid F1 pentru a identifica distribuția omologilor grandmaternali și grandpaternali la locurile imprimate în embrionii reconstituiți care prezintă o dezvoltare excepțională.
Jaenisch observă, de asemenea, că salvarea viabilității embrionilor partenogenetici prin îmbunătățirea expresiei Igf2 (viz Kaguya) este neașteptată, deoarece Igf2 este dispensabil pentru viabilitatea embrionilor biparentali normali. Cu toate acestea, contribuția Igf2 la viabilitatea embrionilor a fost testată doar într-un număr foarte limitat de medii genetice. Este destul de posibil ca unii dintre embrionii partenogenetici ai lui Kono, având un epigenotip diferit și un model de Expresie genică față de embrionii biparentali, să beneficieze de completarea cu Igf2. Cu toate acestea, ‘ghicitoarea fascinantă’ a lui Kono despre modul în care normalizarea H19/Igf2 ‘a provocat modificarea unei game largi de gene’ (Kono și colab. 2004) poate fi un hering roșu, deoarece epigenotipul unui embrion partenogenetic care răspunde la normalizarea H19/Igf2 poate diferi de unul care nu. Modificarea percepută a expresiei genice asociată cu adăugarea mutației H19 INKTS13 poate, prin urmare, să reflecte selecția unui epigenotip preexistent care facilitează îmbunătățirea mediată de Igf2 a dezvoltării partenogenetice, mai degrabă decât să fie un rezultat direct al expresiei Igf2 în sine.
- descărcați figura
schema epigenotipului la locusul genei H19/Igf2 asociată cu diverse manipulări ale celulelor germinale de șoarece. (A) fertilizarea normală. (B) reconstituirea embrionilor cu ovocite complet crescute și ovocite care nu cresc (Kono și colab. 1996). (C) reconstituirea embrionilor cu ovocite complet crescute și ovocite necultivate care transportă deleția unității de transcripție H19 (Kono și colab. 2002). (D) reconstituirea embrionilor cu ovocite complet crescute și ovocite necultivate care prezintă o deleție extinsă a regiunii genei H19, inclusiv regiunea metilată diferențiat în amonte/elementul limită (Kono și colab. 2004). Bare verticale: bare roșii, unitate de transcripție a genei Igf2; bare verzi, Regiune metilată diferențiat/element de graniță în amonte de promotorul genei H19; bare albastre, unitate de transcripție a genei H19. Valorile se referă la ziua de gestație (stadiul de dezvoltare) atins în urma fiecărui tip de manipulare.
citare: reproducere 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.
- căutare Google Scholar
- Export citare
-
Bao s, Ushijima H, Hirose a, Aono F, Ono Y & Kono t 2003 dezvoltarea ovocitelor bovine reconstruite cu un nucleu din ovocite în stadiu de creștere după fertilizare in vitro. Teriogenologie 59 1231-1239.
- căutare Google Academic
- Export citare
-
exploatație C 2004 1 mouse-ul de partenogeneza? O singură genă knockout în ovocitul matern dublu are ca rezultat șoareci viabili, dar unele studii de îndoială. Omul de știință 21 aprilie, http://www.biomedcentral.com/news/20040421/01/.
-
Kato y, Rideout WM III, Hilton K, Barton SC, Tsunoda Y & Surani MA 1999 potențialul de dezvoltare al celulelor germinale primordiale de șoarece. Dezvoltare 126 1823-1832.
- căutare Google Scholar
- Export citare
-
Kono t, Obata Y, Yoshimzu t, Nakahara t & Carroll J 1996 modificări epigenetice în timpul creșterii ovocitelor se corelează cu dezvoltarea partenogenetică extinsă la șoarece. Genetica Naturii 13 91-94.
- căutare Google Academic
- Export citare
-
Kono t, Sotomaru Y, Katsuzawa Y & Dandolo l 2002 embrioni parthenogenetic Mouse-ul cu expresia H19 monoalelic se poate dezvolta până în ziua 17.5 de gestație. Biologie De Dezvoltare 243 294-300.
- căutare Google Academic
- Export citare
-
Kono t, Obata Y, Wu Q, Niwa K, Ono Y, Yamamoto y, Park ES, Seo JS & Ogawa h 2004 nașterea șoarecilor partenogenetici care se pot dezvolta până la vârsta adultă. Natură 428 860-864.
- căutare Google Academic
- Export citare
-
Moore t 2001 conflict Genetic, imprimarea genomică și stabilirea epigenotipului în raport cu creșterea. Reproducere 122 185-193.
- căutare Google Academic
- Export citare
-
Obata y, Kaneko-Ishino T, Koide T, Takai Y, Ueda T, Domeki I, Shiroishi T, Ishino F & Kono t 1998 perturbarea imprimării primare în timpul creșterii ovocitelor conduce la expresia modificată a genelor imprimate în timpul embriogenezei. Dezvoltare 125 1553-1560.
- căutare Google Academic
- Export citare
-
Sotomaru y, Katsuzawa Y, Hatada i, Obata Y, Sasaki H& Kono t 2002 Expresie nereglementată a genelor imprimate H19 și Igf2r în fetușii uniparentali de șoarece. 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