В Шанхае родились первые полностью партеногенетические мыши
Ученые из Шанхая вырастили мышей из одной-единственной яйцеклетки. До этого исследователям удавалось получать только детенышей от однополых пар животных. Теперь же на свет появились первые истинно партеногенетические детеныши.
Для этого ученым понадобились два комплекта «генетических ножниц» на основе CRISPR и сотни пробных эмбрионов. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Млекопитающие, судя по всему, не способны размножаться партеногенетически, то есть производить потомство из одной половой клетки. Даже в лабораторных условиях таких результатов до сих пор никто не получил. Этому мешает геномный импринтинг - процесс, в ходе которого сперматозоид и яйцеклетка навешивают на свою ДНК эпигенетические метки (в частности, метильные группы).
В результате в хромосомах, которые новый организм получает от отца и матери, некоторые гены не работают. Эти метки сохраняются на всю жизнь и исчезают только во время образования половых клеток, которые их перевешивают в зависимости от того, образуется яйцеклетка или сперматозоид. Поэтому, если в оплодотворенной яйцеклетке оказываются только отцовские или только материнские хромосомы, часть генов не работают, а часть, наоборот, вдвойне активна - и организм не выживает.
Ученые неоднократно пытались преодолеть этот барьер и даже получили несколько мышат от однополых родительских пар. Для этого в одном из родительских наборов хромосом отключали некоторые участки генома. Правда, мышата от двух отцов оказались хилыми и быстро умерли. Зато мышата от двух матерей вышли более жизнеспособными, и одна мышка даже сама стала матерью.
Но развивать этот метод не очень удобно: в паре из двух яйцеклеток одна должна быть незрелой. Такие яйцеклетки можно получать только из организма новорожденных мышей. Поэтому Яньчань Вэй (Yanchang Wei) из шанхайского университета Цзяотун вместе с коллегами попробовал добиться настоящего партеногенеза - то есть вырастить мышь из одной-единственной, но зрелой яйцеклетки.
Сначала исследователи получили гибридных мышей: они брали самок из линии C57BL/6, а самцов - из линии CAST. Геном этих двух линий отличается большим количеством точечных замен - однонуклеотидных полиморфизмов. Таким образом, по этим полиморфизмам можно отличить «материнские» хромосомы от «отцовских».
У гибридных самок авторы работы забрали растущие ооциты, то есть предшественники яйцеклеток. И запустили в них «генетические ножницы» на основе CRISPR/Cas9. Они использовали измененную систему, в которой Cas9 не разрезает ДНК, а деметилирует, то есть снимает с нее эпигенетические метки. Эту систему ученые «натравили» на два участка «отцовских» хромосом, H19 и Gtl2, которые контролируют импринтинг разных других отцовских генов.
Получились ооциты, в которых часть хромосом (унаследованных от C57BL/6) были метилированы «по-матерински», а другая часть (от линии CAST) - «по-отцовски». Затем эти клетки искусственно активировали, чтобы они начали дробиться, не дожидаясь оплодотворения. В результате получились полноценные эмбрионы мыши, которые подсадили самкам. Но почти все они погибли к 13-му дню развития и ни один не дожил до появления на свет.
Исследователи предположили, что дело в том, что участки, которые отвечают за материнский импринтинг, работают слишком активно. Они выбрали пять таких участков и направили на них другую систему «ножниц», CRISPR/Cpf1. Всего в результате этого эксперимента в ооцитах отредактировали два «отцовских» участка и пять «материнских». Их снова искусственно активировали, получили эмбрионы и подсадили их мышам.
В итоге целых три зародыша дожили до 19,5 дня развития (это фактически конец беременности), когда их извлекли из матери. Двое из мышат весили меньше нормы, отличались задержкой в развитии и умерли в течение суток. Третья мышь выжила, и, хотя тоже развивалась медленнее положенного, доросла до зрелости и принесла потомство. В ее клетках авторы работы заметили еще один «отцовский» участок, Rasgrf1, который никто не редактировал, поэтому он был менее активен, чем в норме. Зато у ее детенышей с ним все было в порядке, из чего исследователи заключили, что проблемы с импринтингом при партеногенезе не передаются по наследству.
Наконец, в третьем эксперименте авторы работы нацелились на все восемь участков: пять «материнских» и три «отцовских», включая Rasgrf1. В итоге родились два мышонка с нормальным весом, которые развивались без задержек и выросли в зрелых мышей.
Таким образом, шанхайским ученым впервые удалось провернуть настоящий партеногенез, без использования других половых донорских клеток. Правда, они отметили, что эффективность технологии пока очень низкая: чтобы получить двух жизнеспособных мышат, пришлось подсаживать самкам 155 эмбрионов на стадии 3,5 дней развития (а отредактированных ооцитов, с учетом того, что не все они начинают развиваться, понадобилось еще больше).
Исследователи предлагают объяснять это тем, что сложно с одинаковой эффективностью отредактировать сразу восемь участков в геноме. Высока вероятность, что хотя бы один из них «исправить» не получится - а это сразу снижает жизнеспособность: даже с семью отредактированными участками, как видно из второго эксперимента, прожить почти не получается. Тем не менее, ученые не исключают, что для эффективного партеногенеза нужно отредактировать еще какие-то области в геноме, которые они еще не проверяли.
Автор: Полина Лосева
Ссылка на источник
Для этого ученым понадобились два комплекта «генетических ножниц» на основе CRISPR и сотни пробных эмбрионов. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Млекопитающие, судя по всему, не способны размножаться партеногенетически, то есть производить потомство из одной половой клетки. Даже в лабораторных условиях таких результатов до сих пор никто не получил. Этому мешает геномный импринтинг - процесс, в ходе которого сперматозоид и яйцеклетка навешивают на свою ДНК эпигенетические метки (в частности, метильные группы).
В результате в хромосомах, которые новый организм получает от отца и матери, некоторые гены не работают. Эти метки сохраняются на всю жизнь и исчезают только во время образования половых клеток, которые их перевешивают в зависимости от того, образуется яйцеклетка или сперматозоид. Поэтому, если в оплодотворенной яйцеклетке оказываются только отцовские или только материнские хромосомы, часть генов не работают, а часть, наоборот, вдвойне активна - и организм не выживает.
Ученые неоднократно пытались преодолеть этот барьер и даже получили несколько мышат от однополых родительских пар. Для этого в одном из родительских наборов хромосом отключали некоторые участки генома. Правда, мышата от двух отцов оказались хилыми и быстро умерли. Зато мышата от двух матерей вышли более жизнеспособными, и одна мышка даже сама стала матерью.
Но развивать этот метод не очень удобно: в паре из двух яйцеклеток одна должна быть незрелой. Такие яйцеклетки можно получать только из организма новорожденных мышей. Поэтому Яньчань Вэй (Yanchang Wei) из шанхайского университета Цзяотун вместе с коллегами попробовал добиться настоящего партеногенеза - то есть вырастить мышь из одной-единственной, но зрелой яйцеклетки.
Сначала исследователи получили гибридных мышей: они брали самок из линии C57BL/6, а самцов - из линии CAST. Геном этих двух линий отличается большим количеством точечных замен - однонуклеотидных полиморфизмов. Таким образом, по этим полиморфизмам можно отличить «материнские» хромосомы от «отцовских».
У гибридных самок авторы работы забрали растущие ооциты, то есть предшественники яйцеклеток. И запустили в них «генетические ножницы» на основе CRISPR/Cas9. Они использовали измененную систему, в которой Cas9 не разрезает ДНК, а деметилирует, то есть снимает с нее эпигенетические метки. Эту систему ученые «натравили» на два участка «отцовских» хромосом, H19 и Gtl2, которые контролируют импринтинг разных других отцовских генов.
Получились ооциты, в которых часть хромосом (унаследованных от C57BL/6) были метилированы «по-матерински», а другая часть (от линии CAST) - «по-отцовски». Затем эти клетки искусственно активировали, чтобы они начали дробиться, не дожидаясь оплодотворения. В результате получились полноценные эмбрионы мыши, которые подсадили самкам. Но почти все они погибли к 13-му дню развития и ни один не дожил до появления на свет.
Исследователи предположили, что дело в том, что участки, которые отвечают за материнский импринтинг, работают слишком активно. Они выбрали пять таких участков и направили на них другую систему «ножниц», CRISPR/Cpf1. Всего в результате этого эксперимента в ооцитах отредактировали два «отцовских» участка и пять «материнских». Их снова искусственно активировали, получили эмбрионы и подсадили их мышам.
В итоге целых три зародыша дожили до 19,5 дня развития (это фактически конец беременности), когда их извлекли из матери. Двое из мышат весили меньше нормы, отличались задержкой в развитии и умерли в течение суток. Третья мышь выжила, и, хотя тоже развивалась медленнее положенного, доросла до зрелости и принесла потомство. В ее клетках авторы работы заметили еще один «отцовский» участок, Rasgrf1, который никто не редактировал, поэтому он был менее активен, чем в норме. Зато у ее детенышей с ним все было в порядке, из чего исследователи заключили, что проблемы с импринтингом при партеногенезе не передаются по наследству.
Наконец, в третьем эксперименте авторы работы нацелились на все восемь участков: пять «материнских» и три «отцовских», включая Rasgrf1. В итоге родились два мышонка с нормальным весом, которые развивались без задержек и выросли в зрелых мышей.
Таким образом, шанхайским ученым впервые удалось провернуть настоящий партеногенез, без использования других половых донорских клеток. Правда, они отметили, что эффективность технологии пока очень низкая: чтобы получить двух жизнеспособных мышат, пришлось подсаживать самкам 155 эмбрионов на стадии 3,5 дней развития (а отредактированных ооцитов, с учетом того, что не все они начинают развиваться, понадобилось еще больше).
Исследователи предлагают объяснять это тем, что сложно с одинаковой эффективностью отредактировать сразу восемь участков в геноме. Высока вероятность, что хотя бы один из них «исправить» не получится - а это сразу снижает жизнеспособность: даже с семью отредактированными участками, как видно из второго эксперимента, прожить почти не получается. Тем не менее, ученые не исключают, что для эффективного партеногенеза нужно отредактировать еще какие-то области в геноме, которые они еще не проверяли.
Автор: Полина Лосева
Ссылка на источник