Myszy z dwoma ojcami urodziły się z jajek wykonanych z męskich komórek skóry

Siedem myszy właśnie dołączyło do panteonu potomstwa stworzonego z rodziców tej samej płci – i otworzyło drzwi potomstwu urodzonemu przez samotnego rodzica.

W badaniu opublikowanym w NaturaNaukowcy opisali, w jaki sposób zeskrobali komórki skóry z ogonów samców myszy i wykorzystali je do stworzenia funkcjonalnych komórek jajowych. Po zapłodnieniu nasieniem i przeszczepieniu surogatki zarodki dały początek zdrowym szczeniętom, które dorosły i miały własne dzieci.

Badanie jest ostatnim z dziesięcioletniej próby przepisania reprodukcji. Jajo spotyka spermę pozostaje dogmatem. Gra polega na tym, jak generowane są dwie połówki. Dzięki technologii iPSC (indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych) naukowcom udało się ominąć naturę funkcjonalne jaja inżynierskie, zrekonstruować sztuczne jajnikii rodzić zdrowe myszy od dwóch matek. Jednak nikomu nie udało się złamać przepisu na zdrowe potomstwo urodzone przez dwóch ojców.

Wejdź do dr Katsuhiko Hayashi z Kyushu University, który poprowadził ambitny cel inżynierii gamet — plemników i komórek jajowych — poza organizmem. Jego rozwiązanie pochodziło ze sprytnego hacka. Podczas wzrostu na płytkach Petriego komórki iPSC mają tendencję do utraty wiązek swojego DNA, zwanych chromosomami. Zwykle jest to ogromny ból głowy, ponieważ zakłóca integralność genetyczną komórki.

Hayashi zdał sobie sprawę, że może porwać mechanizm. Selekcjonując komórki, które pozbyły się chromosomu Y, zespół pielęgnował komórki, aż w pełni rozwinęły się w dojrzałe komórki jajowe. Komórki, które początkowo były męskimi komórkami skóry, ostatecznie rozwinęły się w normalne myszy po zapłodnieniu normalnymi plemnikami.

„Protokół Murakamiego i współpracowników otwiera nowe możliwości w biologii rozrodu i badaniach nad płodnością” powiedziany dr. Jonathan Bayerl i Diana Laird z University of California, San Francisco (UCSF), którzy nie brali udziału w badaniu.

To, czy strategia zadziała na ludziach, dopiero się okaże. Wskaźnik sukcesu u myszy był bardzo niski i wynosił zaledwie fragment powyżej jednego procenta. Jednak badanie jest dowodem słuszności koncepcji, który jeszcze bardziej przesuwa granice sfery reprodukcyjnej możliwości. I być może bardziej natychmiast, podstawowa technologia może pomóc w walce z niektórymi z naszych najbardziej rozpowszechnionych zaburzeń chromosomalnych, takich jak zespół Downa.

„To bardzo ważny przełom w generowaniu komórek jajowych i plemników z komórek macierzystych” powiedziany Dr Rod Mitchell z MRC Center for Reproductive Health, University of Edinburgh, który nie brał udziału w badaniu.

Reprodukcyjna rewolucja

Hayashi jest wieloletnim weteranem przekształcania technologii reprodukcyjnych. w 2020 r. jego zespół opisali zmiany genetyczne, które pomagają komórkom dojrzewać do komórek jajowych wewnątrz naczynia. Rok później oni zrekonstruowane komórki jajnika które hodowały zapłodnione jaja w zdrowe szczenięta myszy.

Rdzeniem tych technologii są iPSC. Za pomocą kąpieli chemicznej naukowcy mogą przekształcić dojrzałe komórki, takie jak komórki skóry, z powrotem w stan podobny do komórek macierzystych. iPSC to w zasadzie biologiczne ciasto do zabawy: dzięki zupie chemicznego „ugniatania” można je nakłonić i ukształtować w prawie każdy typ komórki.

Ze względu na swoją elastyczność, iPSC są również trudne do kontrolowania. Jak większość komórek, dzielą się. Ale kiedy zbyt długo są trzymane na szalce Petriego, buntują się i albo gubią – albo duplikują – część swoich chromosomów. Ta młodzieńcza anarchia, zwana aneuploidią, jest zmorą pracy naukowców próbujących utrzymać jednolitą populację komórek.

Ale jak pokazuje nowe badanie, molekularny bunt jest darem do generowania komórek jajowych z męskich komórek.

X spotyka Y i… spotyka O?

Porozmawiajmy o chromosomach płciowych.

Większość ludzi ma albo XX albo XY. Zarówno X, jak i Y to chromosomy, które są dużymi wiązkami DNA — nitkami owiniętymi wokół szpuli. Biologicznie XX zwykle generuje komórki jajowe, podczas gdy XY normalnie wytwarza plemniki.

Ale o to chodzi: naukowcy od dawna wiedzą, że oba typy komórek pochodzą z tego samego pnia. Nazywane pierwotnymi komórkami zarodkowymi lub PGC, komórki te nie opierają się ani na chromosomach X, ani na Y, ale raczej na otaczającym je środowisku chemicznym w celu ich początkowego rozwoju, wyjaśnili Bayerl i Laird.

Na przykład w 2017 roku zespół Hayashi przekształcił embrionalne komórki macierzyste w PGC, które po zmieszaniu z komórkami jajnika płodu lub jąder dojrzewały w sztuczne komórki jajowe lub plemniki.

Tutaj zespół podjął się trudniejszego zadania przekształcenia komórki XY w komórkę XX. Zaczęli od grupy embrionalnych komórek macierzystych myszy, które pozbyły się chromosomów Y – rzadkiego i kontrowersyjnego zasobu. Używając znacznika świecącego w ciemności, który chwyta tylko chromosomy X, mogli monitorować, ile kopii znajdowało się w komórce na podstawie natężenia światła (pamiętaj, że XX będzie świecić jaśniej niż XY).

Po hodowaniu komórek przez osiem rund na płytkach Petriego zespół odkrył, że około sześć procent komórek sporadycznie traciło chromosom Y. Zamiast XY mieli teraz tylko jeden X — jak brak połowy pary pałeczek. Następnie zespół selektywnie nakłonił te komórki, nazwane XO, do podziału.

Powód? Komórki powielają swoje chromosomy przed podziałem na dwa nowe. Ponieważ komórki mają tylko jeden chromosom X, po duplikacji niektóre komórki potomne będą miały chromosom XX – innymi słowy, będą biologicznie żeńskie. Dodanie leku o nazwie rewersja przyspieszyło proces, zwiększając liczbę komórek XX.

Zespół następnie wykorzystał swoją poprzednią pracę. Przekształcili komórki XX w komórki podobne do PGC – te, które mogą rozwinąć się w komórkę jajową lub nasienie – a następnie dodali komórki jajnika płodu, aby przepchnąć transformowane męskie komórki skóry do dojrzałych komórek jajowych.

Jako ostateczny test wstrzyknęli plemniki normalnej myszy do jajeczek wykonanych w laboratorium. Eksperyment z błękitnym niebem, z pomocą surogatki, wyprodukował ponad pół tuzina szczeniąt. Ich waga była podobna do myszy urodzonych w tradycyjny sposób, a ich zastępczej matce rozwinęło się zdrowe łożysko. Wszystkie szczenięta dorosły i miały własne dzieci.

Przekraczanie granic

Technologia jest wciąż w początkach. Po pierwsze, jego wskaźnik powodzenia jest niezwykle niski: tylko 7 z 630 przeniesionych zarodków przeżyło, by stać się dorosłymi. Z zaledwie 1.1 procentową szansą na odniesienie sukcesu – zwłaszcza w przypadku myszy – trudno jest sprzedać tę technologię męskim parom ludzkim. Chociaż młode myszy wydawały się stosunkowo normalne pod względem wagi i mogły się rozmnażać, mogły również wykazywać wady genetyczne lub inne – coś, co zespół chce dalej badać.

„Istnieją duże różnice między myszą a człowiekiem” powiedziany Hayashi na wcześniejszej konferencji.

To powiedziawszy, pomijając reprodukcję, badanie może natychmiast pomóc w zrozumieniu zaburzeń chromosomalnych. Na przykład zespół Downa jest spowodowany dodatkową kopią chromosomu 21. W badaniu zespół odkrył, że leczenie mysich embrionalnych komórek macierzystych niosących podobny defekt z odwróceniem – lekiem, który pomaga przekształcić komórki XY w XX – uwalnia myszy od dodatkową kopię bez wpływu na inne chromosomy. Daleko mu do gotowości do użytku przez ludzi. Jednak technologia ta może pomóc innym naukowcom w znalezieniu środków zapobiegawczych lub badań przesiewowych pod kątem podobnych zaburzeń chromosomalnych.

Ale być może najbardziej intrygujące jest to, dokąd technologia może zabrać biologię reprodukcyjną. W śmiałym eksperymencie zespół wykazał, że komórki z pojedynczej męskiej linii iPSC mogą rodzić potomstwo — szczenięta, które osiągnęły dorosłość.

Z pomocą matek zastępczych „sugeruje to również, że samotny mężczyzna może mieć biologiczne dziecko… w dalekiej przyszłości” – powiedział dr Tetsuya Ishii, bioetyk z Uniwersytetu Hokkaido. Prace mogą również napędzać biokonserwację, rozmnażanie zagrożonych ssaków od jednego samca.

Hayashi doskonale zdaje sobie sprawę z etycznych i społecznych implikacji swojej pracy. Ale na razie skupia się na pomaganiu ludziom i rozszyfrowywaniu – i przepisywaniu – zasad reprodukcji.

Badanie stanowi „kamień milowy w biologii reprodukcyjnej” – powiedzieli Bayerl i Laird.

Źródło zdjęcia: Katsuhiko Hayashi, Uniwersytet w Osace

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://singularityhub.com/2023/03/28/mice-with-two-dads-were-born-from-eggs-made-from-male-skin-cells/