Mäuse mit zwei Vätern wurden aus Eiern geboren, die aus männlichen Hautzellen hergestellt wurden

Sieben Mäuse haben sich gerade dem Pantheon der Nachkommen gleichgeschlechtlicher Eltern angeschlossen – und öffneten die Tür für Nachkommen, die von einem alleinerziehenden Elternteil geboren wurden.

In einer Studie, die in Natur, beschrieben Forscher, wie sie Hautzellen von den Schwänzen männlicher Mäuse kratzten und sie verwendeten, um funktionsfähige Eizellen herzustellen. Wenn sie mit Sperma befruchtet und in eine Leihmutter transplantiert wurden, brachten die Embryonen gesunde Welpen hervor, die heranwuchsen und eigene Babys bekamen.

Die Studie ist die neueste in einem jahrzehntelangen Versuch, die Reproduktion neu zu schreiben. Ei trifft Sperma bleibt das Dogma. Es geht darum, wie die beiden Hälften erzeugt werden. Dank der iPSC-Technologie (induzierte pluripotente Stammzellen) konnten Wissenschaftler die Natur umgehen funktionale Eier entwickeln, künstliche Eierstöcke rekonstruieren, und führen zu gesunden Mäuse von zwei Müttern. Doch niemand hat es geschafft, das Rezept für gesunde Nachkommen von zwei Vätern zu knacken.

Betreten Sie Dr. Katsuhiko Hayashi von der Kyushu University, der das ehrgeizige Ziel verfolgt hat, Gameten – Spermien und Eizellen – außerhalb des Körpers zu entwickeln. Seine Lösung kam von einem cleveren Hack. Wenn iPSC-Zellen in Petrischalen gezüchtet werden, neigen sie dazu, Bündel ihrer DNA, sogenannte Chromosomen, zu verlieren. Normalerweise ist dies ein massives Kopfzerbrechen, weil es die genetische Integrität der Zelle stört.

Hayashi erkannte, dass er den Mechanismus entführen könnte. Das Team wählte Zellen aus, die das Y-Chromosom abgeben, und pflegte die Zellen, bis sie sich vollständig zu reifen Eizellen entwickelt hatten. Die Zellen – die als männliche Hautzellen begannen – entwickelten sich nach der Befruchtung mit normalen Spermien schließlich zu normalen Mäusen.

„Das Protokoll von Murakami und Mitarbeitern eröffnet neue Wege in der Reproduktionsbiologie und Fertilitätsforschung“, sagte Dr. Jonathan Bayerl und Diana Laird von der University of California, San Francisco (UCSF), die nicht an der Studie beteiligt waren.

Ob die Strategie beim Menschen funktioniert, bleibt abzuwarten. Die Erfolgsrate bei Mäusen war mit nur einem Ausschnitt über einem Prozent sehr gering. Doch die Studie ist ein Machbarkeitsnachweis, der die Grenzen des reproduktiven Bereichs der Möglichkeiten weiter verschiebt. Und vielleicht direkter kann die zugrunde liegende Technologie helfen, einige unserer am weitesten verbreiteten Chromosomenstörungen wie das Down-Syndrom zu bekämpfen.

„Dies ist ein sehr wichtiger Durchbruch für die Erzeugung von Eizellen und Spermien aus Stammzellen“, sagte Dr. Rod Mitchell vom MRC Centre for Reproductive Health, University of Edinburgh, der nicht an der Studie beteiligt war.

Eine reproduktive Revolution

Hayashi ist ein langjähriger Veteran bei der Transformation von Reproduktionstechnologien. 2020, sein Team beschrieben genetische Veränderungen, die Zellen helfen, in einer Schale zu Eizellen zu reifen. Ein Jahr später sie rekonstruierte Eierstockzellen das befruchtete Eier zu gesunden Mäusewelpen heranzog.

Den Kern dieser Technologien bilden iPSCs. Mithilfe eines chemischen Bades können Wissenschaftler reife Zellen wie Hautzellen wieder in einen stammzellähnlichen Zustand zurückverwandeln. iPSCs sind im Grunde biologischer Knete: Mit einer Suppe aus chemischem „Kneten“ können sie überredet und in nahezu jeden Zelltyp geformt werden.

Aufgrund ihrer Flexibilität sind iPSCs auch schwer zu kontrollieren. Wie die meisten Zellen teilen sie sich. Aber wenn sie zu lange in einer Petrischale gehalten werden, rebellieren sie und verlieren entweder einige ihrer Chromosomen oder duplizieren sie. Diese jugendliche Anarchie, Aneuploidie genannt, ist der Fluch der Arbeit von Wissenschaftlern, wenn sie versuchen, eine einheitliche Population von Zellen zu erhalten.

Aber wie die neue Studie zeigt, ist diese molekulare Rebellion ein Geschenk für die Erzeugung von Eiern aus männlichen Zellen.

X trifft auf Y und … trifft auf O?

Reden wir über Geschlechtschromosomen.

Die meisten Menschen haben entweder XX oder XY. Sowohl X als auch Y sind Chromosomen, bei denen es sich um große DNA-Bündel handelt – Bildfäden, die um eine Spule gewickelt sind. Biologisch erzeugt XX normalerweise Eier, während XY normalerweise Spermien produziert.

Aber hier ist die Sache: Wissenschaftler wissen seit langem, dass beide Zelltypen aus demselben Stamm stammen. Diese Zellen, die als Urkeimzellen oder PGCs bezeichnet werden, sind für ihre anfängliche Entwicklung nicht auf X- oder Y-Chromosomen angewiesen, sondern auf ihre umgebende chemische Umgebung, erklärten Bayerl und Laird.

Im Jahr 2017 verwandelte Hayashis Team beispielsweise embryonale Stammzellen in PGCs, die, wenn sie mit fötalen Eierstock- oder Hodenzellen gemischt wurden, entweder zu künstlichen Eizellen oder Spermien reiften.

Hier übernahm das Team die schwierigere Aufgabe, eine XY-Zelle in eine XX-Zelle umzuwandeln. Sie begannen mit einer Gruppe embryonaler Stammzellen von Mäusen, die ihre Y-Chromosomen abgeben – eine seltene und umstrittene Ressource. Mit einem im Dunkeln leuchtenden Tag, der nur auf X-Chromosomen greift, konnten sie anhand der Lichtintensität überwachen, wie viele Kopien sich in einer Zelle befanden (denken Sie daran, dass XX heller leuchtet als XY).

Nachdem die Zellen acht Runden lang in Petrischalen gezüchtet worden waren, stellte das Team fest, dass etwa sechs Prozent der Zellen sporadisch ihr Y-Chromosom verloren. Anstelle von XY enthielten sie jetzt nur noch ein X – als würde die Hälfte eines Essstäbchenpaars fehlen. Das Team brachte diese als XO bezeichneten Zellen dann selektiv dazu, sich zu teilen.

Der Grund? Zellen duplizieren ihre Chromosomen, bevor sie sich in zwei neue aufteilen. Da die Zellen nur ein X-Chromosom haben, werden einige der Tochterzellen nach der Duplikation mit XX enden – mit anderen Worten, biologisch weiblich. Die Zugabe eines Medikaments namens Reversin unterstützte den Prozess und erhöhte die Anzahl der XX-Zellen.

Das Team knüpfte dann an seine bisherige Arbeit an. Sie wandelten XX-Zellen in PGC-ähnliche Zellen um – diejenigen, die sich zu Eizellen oder Spermien entwickeln können – und fügten dann fötale Eierstockzellen hinzu, um die transformierten männlichen Hautzellen in reife Eizellen zu verwandeln.

Als ultimativen Test injizierten sie Sperma einer normalen Maus in die im Labor hergestellten Eier. Mit Hilfe einer weiblichen Leihmutter brachte das Experiment unter blauem Himmel über ein halbes Dutzend Welpen hervor. Ihr Gewicht war ähnlich wie bei Mäusen, die auf traditionelle Weise geboren wurden, und ihre Leihmutter entwickelte eine gesunde Plazenta. Alle Welpen wurden erwachsen und bekamen eigene Babys.

Grenzen überschreiten

Die Technologie steckt noch in den Kinderschuhen. Zum einen ist die Erfolgsrate äußerst gering: Nur 7 von 630 übertragenen Embryonen wurden zu ausgewachsenen Erwachsenen. Mit einer Erfolgswahrscheinlichkeit von nur 1.1 Prozent – ​​insbesondere bei Mäusen – ist es schwierig, die Technologie männlichen Paaren zugänglich zu machen. Obwohl die Babymäuse in Bezug auf Gewicht relativ normal schienen und sich fortpflanzen konnten, könnten sie auch genetische oder andere Mängel aufweisen – etwas, das das Team weiter untersuchen möchte.

„Es gibt große Unterschiede zwischen einer Maus und dem Menschen“ sagte Hayashi bei einer früheren Konferenz.

Abgesehen von der Reproduktion kann die Studie jedoch sofort helfen, Chromosomenstörungen zu verstehen. Das Down-Syndrom wird beispielsweise durch eine zusätzliche Kopie von Chromosom 21 verursacht. In der Studie fand das Team heraus, dass die Behandlung von embryonalen Stammzellen der Maus, die einen ähnlichen Defekt aufweisen, mit Reversin – dem Medikament, das hilft, XY- in XX-Zellen umzuwandeln – die Mäuse davon befreit die zusätzliche Kopie, ohne andere Chromosomen zu beeinträchtigen. Es ist noch lange nicht bereit für den menschlichen Gebrauch. Die Technologie könnte jedoch anderen Wissenschaftlern helfen, präventive oder Screening-Maßnahmen für ähnliche Chromosomenstörungen zu finden.

Aber vielleicht ist das Faszinierendste, wo die Technologie die Reproduktionsbiologie voranbringen kann. In einem kühnen Experiment zeigte das Team, dass Zellen aus einer einzigen männlichen iPSC-Linie Nachkommen gebären können – Welpen, die bis ins Erwachsenenalter heranwachsen.

Mit Hilfe von Leihmüttern „suggeriert es auch, dass ein alleinstehender Mann in ferner Zukunft ein leibliches Kind bekommen könnte“, sagte Dr. Tetsuya Ishii, Bioethiker an der Universität Hokkaido. Die Arbeit könnte auch die Biokonservierung vorantreiben und gefährdete Säugetiere von nur einem einzigen Männchen vermehren.

Hayashi ist sich der ethischen und sozialen Implikationen seiner Arbeit bewusst. Aber im Moment konzentriert er sich darauf, Menschen zu helfen und die Regeln der Fortpflanzung zu entschlüsseln – und neu zu schreiben.

Die Studie markiert „einen Meilenstein in der Reproduktionsbiologie“, sagten Bayerl und Laird.

Bildnachweis: Katsuhiko Hayashi, Universität Osaka

• SEO-gestützte Content- und PR-Distribution. Holen Sie sich noch heute Verstärkung.
• Platoblockkette. Web3-Metaverse-Intelligenz. Wissen verstärkt. Hier zugreifen.
• Quelle: https://singularityhub.com/2023/03/28/mice-with-two-dads-were-born-from-eggs-made-from-male-skin-cells/