en betydande milstolpe i reproduktiv vetenskap har uppnåtts med födelsen av musen ’Kaguya’, det första livskraftiga parthenogenetiska däggdjuret (Kono et al. 2004). Arbetet utfördes av Dr Tomohiro Kono och kollegor och representerar en stor teknisk prestation som involverar produktion av många hundra rekonstruerade ägg, varav tio levande och arton döda valpar erhölls vid dag 19.5 av graviditeten. Av de två överlevande valparna dödades en för genuttrycksstudier och den andra, Kaguya, fostrades och överlevde för att reproducera framgångsrikt med konventionella medel. Detta arbete utvidgar ytterligare vad som kan uppnås i artificiell reproduktion och kan ha viktiga konsekvenser för att förstå aspekter av embryonal utveckling och genreglering. Men i motsats till synpunkterna från vissa kommentatorer i den populära pressen är det osannolikt att det kommer att få stor inverkan på mänsklig artificiell reproduktiv teknik.
genomisk imprinting, differentialuttrycket av gener beroende på deras föräldraursprung, är den huvudsakliga (kanske den enda) barriären för parthenogenetisk utveckling hos däggdjur, där individen inte innehåller något faderligt genetiskt material. I mekanistiska termer betyder genomisk prägling att kromatinet hos vissa genetiska loci modifieras differentiellt i föräldrakönslinjerna så att föräldraallelerna uttrycks differentiellt i det utvecklande embryot. Cirka femtio gener har beskrivits hos möss och människor som uppvisar transkriptionell tystnad av en av föräldraallelerna under embryonal utveckling (Moore et al. 2001, Fig. 1A). Parthenogenetiska embryon är därför bristfälliga i faderligt uttryckta präglade genprodukter och uppvisar allvarlig tillväxtnedgång och intrauterin död.under nästan ett decennium har Kono och andra arbetat för att förbättra i vilken utsträckning parthenogenetiska embryon kan utvecklas i utero, vilket avslöjar viktiga mekanistiska detaljer om präglingsprocessen (Kono et al. 1996, 2002, Obata et al. 1998, Kato et al. 1999, Bao et al. 2000, 2003, Sotomaru et al. 2002). I huvudsak visar deras arbete att pålägg av avtryck i moderns bakterie uppträder vid ett relativt sent stadium av oogenes. Därför kan icke-växande (ng) oocyter vid vissa påtryckta genetiska loci vara ’avtrycksneutrala’ med avseende på maternellt pålagda avtryck, eller kan behålla vissa faderliga avtryck som inte avlägsnas förrän senare i oogenes. Det finns bevis för båda dessa möjligheter (Kono et al. 1996, Obata et al. 1998, Kato et al. 1999, Bao et al. 2000, T Kono, opublicerade observationer). När ng-oocyter används för att rekonstituera diploidi av obefruktade ägg (Fig. 1B) är resultatet utveckling långt utöver vad som normalt ses med fullvuxna (fg) oocyter. Men trots dessa förbättringar är det längsta som sådana embryon kan utvecklas till dag 13.5 av graviditeten (Kono et al. 1996). Molekylärgenetisk analys av dessa embryon indikerar att, medan flera faderligt uttryckta imprintade gener uttrycks från ng-oocytgenomet, uttrycks den normalt maternellt uttryckta H19-genen bialleliskt och den faderligt uttryckta Igf2-genen tystas på både ng-och fg-härledda alleler (Obata et al. 1998).
konos nästa steg var att försöka korrigera H19-och Igf2-gendosering i parthenogenetiska embryon genom att införa kromosomer som innehåller deletioner som: (i) avskaffar H19-transkription (Kono et al. 2002, Fig. 1C) och (ii) avskaffa H19-transkription och återställa Igf2-uttryck (Kono et al. 2004, Fig. 1D). Den första manipuleringen utvidgade parthenogenetisk utveckling i utero till dag 17,5 av graviditeten och den andra resulterade i Kaguyas födelse. Tagen till nominellt värde innebär Dessa resultat att ytterligare förbättringar i graden av framgångsrik parthenogenetisk utveckling är möjliga med djupare kunskaper om präglingsprocessen och mer sofistikerade manipuleringar av genotyp eller epigenotyp. I huvudsak kan en typ av rationell utvecklingsteknik uppnås.men Rudolf Jaenisch, som nyligen citerades i forskaren, hävdar att Kaguya helt enkelt är en stokastisk händelse, där en viktig del av den epigenetiska grunden för hennes livskraft är oförutsägbar (Holding et al. 2004). Han förvisar i huvudsak konos motivering att använda H19 / Igf2 transgenics till en mindre roll. Implicit, han hävdar att om ett stort antal embryo rekonstitution experiment utförs födelsen av livskraftiga avkomma kan uppstå på grund av slumpmässigt urval av ’epigenotyp utrymme’. Hans argument parallellt förslaget att livskraftiga klonade djur som produceras av somatisk cell omprogrammering är bara unika, slumpmässiga händelser (Surani 2003). Men i konos experiment, i motsats till somatisk cellkloning, genomgår ng-oocytkärnan förmodligen inte omfattande omprogrammering av kromatin, som redan är engagerad i en bakteriestamcell öde. Även sådana oocyter explanteras vid ett definierat utvecklingsstadium och förväntas därför vara relativt homogena med avseende på epigenotyp. En mer lärorik jämförelse, i embryorekonstitutionsexperiment, kan vara med användning av haploida spermatidkärnor från testiklarna eller diploida blastomerkärnor från preimplantationsembryon, som genomgår relativt höga utvecklingshastigheter.
vad ligger då till grund för de låga nivåerna av parthenogenetisk livskraft i konos experiment? En möjlighet är att ursprunget till ng-oocyt-epigenotypvariabilitet beror på slumpmässigt urval av olika kombinationer av maternellt och faderligt härledda präglade kromosomala regioner vid meios. Minns att den diploida ng-oocytkärnan innehåller maternellt och faderligt härledda homologer som kan skilja sig systematiskt (snarare än stokastiskt) vid imprinted loci på grund av ofullständigt avlägsnande av kvarvarande maternella och faderliga avtryck vid detta stadium av oocytutveckling. Vid varje imprinted locus blandas maternellt och faderligt härledda homologer och slumpmässigt segregeras vid meios. Därför representerar varje resulterande haploid ng-oocytkärna i konos experiment en av 2N-kombinationer av maternella och faderliga avtryck, där n är antalet präglade kromosomala regioner som förblir differentiellt modifierade i ng-oocyter. Till exempel, om det diploida ng-oocytgenomet innehåller åtta präglade kromosomala regioner som systematiskt uppvisar kvarvarande skillnader mellan moder-och faderliga homologer, följer det att det finns 28 (256) möjliga epigenotyper, av vilka kanske bara ett litet antal tillåter embryo livskraft. För att utöka exemplet: kanske bara 1 i 256 av ng oocyter som ärver en full uppsättning av åtta tidigare faderliga homologer kan stödja god embryoutveckling på grund av kvarhållandet av vissa faderliga avtryck på dessa loci. Giltigheten av denna hypotes kan testas med användning av ng-oocyter från en F1-hybrid för att identifiera fördelningen av grandmaternal och grandpaternal homologer vid imprinted loci i rekonstituerade embryon som uppvisar exceptionell utveckling.
Jaenisch noterar också att räddning av parthenogenetisk embryo livskraft genom förbättring av Igf2-uttryck (viz Kaguya) är oväntat eftersom Igf2 är dispenserbar för livskraft i normala biparentala embryon. Igf2: s bidrag till embryonets livskraft har dock testats endast i ett mycket begränsat antal genetiska bakgrunder. Det är ganska tänkbart att några av konos parthenogenetiska embryon, som har en annan epigenotyp och genuttrycksmönster till biparentala embryon, drar nytta av komplettering med Igf2. Men konos ’ fascinerande gåta ’om hur H19/Igf2 normalisering’ orsakade modifieringen av ett brett spektrum av gener ’ (Kono et al. 2004) kan vara en röd sill eftersom epigenotypen av ett parthenogenetiskt embryo som svarar på H19/Igf2-normalisering kan skilja sig från en som inte gör det. Den upplevda förändringen i genuttryck associerat med tillsats av H19 Macau 13-mutationen kan därför återspegla valet av en befintlig epigenotyp som underlättar Igf2-medierad förbättring av partenogenetisk utveckling, snarare än att vara ett direkt resultat av Igf2-uttryck i sig.
- ladda ner figur
schematisk av epigenotyp vid H19 / Igf2-genlokus associerad med olika manipuleringar av musgroddarceller. A) normal befruktning. (B) embryorekonstitution med fullvuxen oocyt och icke-växande oocyt (Kono et al. 1996). (C) embryorekonstituering med fullvuxen oocyt och icke-växande oocytbärande deletion av H19-transkriptionsenheten (Kono et al. 2002). (D) embryorekonstitution med fullvuxen oocyt och icke-växande oocyt som bär omfattande deletion av H19-genregion inklusive uppströms differentiellt metylerad region/gränselement (Kono et al. 2004). Vertikala staplar: röda staplar, Igf2 – gentranskriptionsenhet; gröna staplar, differentiellt metylerad region / gränselement uppströms H19-genpromotor; blå staplar, H19-gentranskriptionsenhet. Värden hänvisar till graviditetsdagen (utvecklingsstadiet) som uppnåtts efter varje typ av manipulation.
citat: reproduktion 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.
- Sök Google Scholar
- Export Citation
-
Bao s, Ushijima H, Hirose A, Aono F, Ono Y & Kono T 2003 utveckling av bovint oocyter rekonstrueras med en kärna från växande stadium oocyter efter befruktning in vitro. Teriogenologi 59 1231-1239.
- Sök Google Scholar
- exportera citat
-
håller C 2004 1: A musen genom parthenogenes? Enda gen knockout i dual maternal oocyte resulterar i livskraftiga möss, men vissa tvivel studie. Forskaren April 21, http://www.biomedcentral.com/news/20040421/01/.
-
Kato y, Rideout WM III, Hilton K, Barton SC, Tsunoda y& Surani MA 1999 utvecklingspotential för musens primordiala bakterieceller. Utveckling 126 1823-1832.
- Sök Google Scholar
- Export Citation
-
Kono t, Obata Y, Yoshimzu T, Nakahara T & Carroll J 1996 epigenetiska modifieringar under oocyttillväxt korrelerar med utökad parthenogenetisk utveckling i musen. NaturGenetik 13 91-94.
- Sök Google Scholar
- Export Citation
-
Kono t, Sotomaru Y, Katsuzawa Y & Dandolo l 2002 mus parthenogenetic embryon med monoallelic H19 uttryck kan utvecklas till dag 17.5 av dräktigheten. Utvecklingsbiologi 243 294-300.
- Sök Google Scholar
- Export Citation
-
Kono t, Obata Y, Wu Q, Niwa K, Ono Y, Yamamoto Y, Park ES, Seo JS & Ogawa h 2004 födelse av parthenogenetiska möss som kan utvecklas till vuxen ålder. Natur 428 860-864.
- Sök Google Scholar
- Export Citation
-
Moore t 2001 genetisk konflikt, genomisk prägling och etablering av epigenotypen i förhållande till tillväxt. Reproduktion 122 185-193.
- Sök Google Scholar
- Export Citation
-
Obata y, Kaneko-Ishino T, Koide T, Takai Y, Ueda T, Domeki I, Shiroishi T, Ishino F & Kono T 1998 störning av primär imprinting under oocyttillväxt leder till det modifierade uttrycket av präglade gener under embryogenes. Utveckling 125 1553-1560.
- Sök Google Scholar
- Export Citation
-
Sotomaru y, Katsuzawa Y, Hatada I, Obata Y, Sasaki H & Kono T 2002 oreglerat uttryck av de präglade generna H19 och Igf2r i mus uniparentala 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