CC BY
68
тттт
Новости клеточных технологий
ЕЕ^ЕШ
Эпигенетический контроль развития млекопитающих в отсутствие отцовского генома
Партеногенетическое развитие млекопитающих строго ограничено геномным импринтингом [1]. Суть геномного импринтинга состоит в том, что гены, передаваемые потомству от обоих родителей, несут специфический «отпечаток» пола родителя, т. е. отцовские и материнские гены маркированы по-разному. Эти «отпечатки» являются временными и могут быть «стерты». Такой «отпечаток» как правило, обеспечивается с помощью эпигенетической метки (всевозможные эпигенетические модификации ДНК). Потомство получает один набор хромосом с отцовской маркировкой некоторых генов, а другой - с материнской. При образовании у потомка половых клеток прежний «отпечаток» стирается, и эти гены маркируются в соответствии с полом данной особи.
Эпигенетические модификации ДНК, определяющие геномный импринтинг, локализуются в определенных участках хромосом, называемых районами контроля импринтинга. Так, в процессе сперматогенеза метилируются три специфичных района, расположенных на 7, 9 и 12 хромосомах [4].
Создание овоцитов, содержащих два гаплоидных материнских генома (один - от незрелого овоцита 1-го порядка до фазы роста, а другой - от зрелого овоцита 2-го порядка) позволяет изучить экспрессию импринтированных генов, которые регулируются материнским паттерном метилирования [2]. При этом геном незрелого овоцита «свободен» от импринтинга, тогда как геном полностью сформировавшегося
Схема получения биматеринских эмбрионов мыши
Клеточная трансплантология и тканевая инженерия Том III, № 1, 2008
I I I I I
Ш
Новости клеточных технологий
овоцита характеризуется импринтингом по типу материнского генома. Изучая эмбрион, полученный от таких двух ово-цитов можно проанализировать вклад отцовского генома в развитие зародыша.
Исследовательская группа T. Kono в 2004 году впервые получила мышей, созданных путем партеногенеза [3]. Dни сконструировали биматеринские эмбрионы, используя незрелый овоцит от мышей, несущих делецию гена Н19 в районе контроля импринтинга на 7 хромосоме. Тем не менее, эффективность данного подхода была очень низкой. Было получено лишь две живых биматеринских мыши из 371 сконструированного овоцита.
В новом исследовании, опубликованном в Nature biotechnology, японские ученые создали биматеринские эмбрионы с использованием незрелых овоцитов, полученных от мышей, имеющих делеции как в районе гена Н^-DMR на 7 хромосоме [ch7+/-, или ch7-/-), так и в Dlk1-Dio3 районе контроля импринтинга на 12 хромосоме [ch+/-) [рис.).
Первую яйцеклетку брали у взрослой мыши на стадии герминативной везикулы, а вторую - у новорожденного животного [1 день после рождения) на стадии диплотены первого мейоза. У зрелой яйцеклетки удаляли ядро и энук-леированный овоцит сливали с незрелой яйцеклеткой с помощью вируса, а веретено деления полученной реконструированной клетки было вторично перенесено в овулиро-вавший овоцит [«серийный перенос ядра»).
Способность к развитию у биматеринских зародышей была проанализирована с помощью 3D культивирования 323 реконструированных овоцитов и трансплантации 28B полученных в итоге бластоцист в 29 самок. На сроке беременности 19,5 дней авторам удалось получить 42 живых мыши. Все они были гетерозиготны по двойным мутациям на 7 и 12 хромосомах, доказывая тот факт, что мыши лишь с таким геномом выживали в эксперименте.
27 мышей достигли взрослого возраста, а их вес не отличался от веса мышей дикого типа. У 11 мышей наблюдалось значительная задержка развития и они погибли через
3 дня. Общий уровень выживаемости таким образом составил 39,4%, что соответствует показателям выживаемости после ЭКО [5]. Авторы работы связывают задержку в развитии с подавлением транскрипции гена Rasgгf1 (расположенного на 9-й хромосоме) которая регулируется метилированием по отцовскому типу и вызывает секрецию гормона роста. Всего в работе приведено несколько параметров, по которым полученных гиногенетических особей сравнивали с нормальными - анатомическое и гистологическое сравнение строения органов и тканей, биохимические тесты крови и сыворотки, кровяного давления, а также тесты на обучаемость. По всем перечисленным показателям полученные мыши не отличались от мышей дикого типа.
Таким образом, в сравнении с предыдущим исследованием авторы добились значительного повышения уровня выживаемости партеногенетических мышей (с 0,5% до 39,4%). Исследователи предполагают, что строгий барьер для партеногенеза обеспечивается независимо материнским и отцовским геномами (а точнее - метилированием этих геномов в определенных областях). При этом импринтинг по материнскому типу является основным барьером на пути к партеногенетическому развитию на стадии имплантации, а отцовский геном отвечает уже за более поздние стадии развития. Причем эта закономерность зависит от того, в каком статусе (метилированном или деметилированном) находятся 7 и 12 хромосомы, которые импринтируются по отцовскому типу. Восстановление регуляции генной экспрессии в двух рассмотренных районах контроля импринтинга необходимо для нормального развития.
Работа дополняет все предыдущие исследования о роли эпигенетических модификаций в отцовском или/и материнском геномах в развитии млекопитающих. Существовало мнение, что для эффективного переноса ядра требуются различные отцовские факторы, например, РНК сперматозоидов [6]. Однако данная работа свидетельствует о том, что отцовские транскрипты, возможно, вообще не являются значимыми для развития особи после слияния гамет.
ЛИТЕРАТУРА:
1. McGrath J., Solten D. Completion of mouse embnyogenesis requires both the maternal and paternal genomes. Cell 1984; 37: 179-183.
2. Obata Y., Kaneko-Ishino T., Koide T. et al. Disruption of primary imprinting during oocyte growth leads to the modified expression of imprinted genes during embryogenesis. Devel. 1998; 125: 1553-60.
3. Kono T., Obata Y., Wu Q. et al. Birth of parthenogenetic mice that can develop to adulthood. Nature 2004; 428(6985): 860-4.
4. Lin S.P., Youngson N., Takada S. et al. Asymmetric regulation of imprinting on the maternal and paternal chromosomes at the Dlk1-Gtl2 imprinted cluster on mouse chromosome 12. Nat. Genet. 2003; 35: 97-102.
5. Kono T., Obata Y., Yoshimzu T. et al. Epigenetic modifications during oocyte growth correlates with extended parthenogenetic development in the mouse. Nat. Genet. 1996; 13: 91-94.
6. Ostermeier G.C., Miller D., Huntriss J.D. et al. Reproductive biology: delivering spermatozoan RNA to the oocyte. Nature 2004; 429: 15.
Подготовила B.C. Мелихова По материалам: Kawahara M., Wu Q., Takahashi N. et al. High-frequency generation of viable mice from engineered bi-maternal embryos. Nat. Biotechnol. 2007; 25(9): 1045-50
Клеточная трансплантология и тканевая инженерия Том III, № 1, 2008
А
