Мыши с двумя отцами родились из яиц, сделанных из мужских клеток кожи

Семь мышей только что присоединились к пантеону потомков, созданных от однополых родителей, и открыли дверь потомству, рожденному от одного родителя.

В исследовании, опубликованном в природаисследователи описали, как они соскребали клетки кожи с хвостов мышей-самцов и использовали их для создания функциональных яйцеклеток. При оплодотворении спермой и пересадке суррогатной матери из эмбрионов рождались здоровые щенки, которые вырастали и рожали собственных детей.

Исследование является последним в десятилетней попытке переписать репродукцию. Встреча яйцеклетки со спермой остается догмой. Суть в том, как генерируются две половины. Благодаря технологии iPSC (индуцированные плюрипотентные стволовые клетки) ученые смогли обойти природу, чтобы инженерные функциональные яйца, восстановить искусственные яичники, и рождаются здоровые мышки от двух матерей. И все же никому не удалось взломать рецепт здорового потомства, рожденного от двух отцов.

Представьте себе доктора Кацухико Хаяси из Университета Кюсю, который поставил амбициозную цель создать гаметы — сперматозоиды и яйцеклетки — вне тела. Его решение пришло из умного взлома. При выращивании в чашках Петри клетки ИПСК имеют тенденцию терять пучки своей ДНК, называемые хромосомами. Обычно это сильная головная боль, потому что нарушается генетическая целостность клетки.

Хаяши понял, что может захватить механизм. Выбирая клетки, потерявшие Y-хромосому, команда выращивала клетки до тех пор, пока они полностью не превратились в зрелые яйцеклетки. Клетки, которые начинались как мужские клетки кожи, в конечном итоге превратились в нормальных мышей после оплодотворения нормальной спермой.

«Протокол Мураками и его коллег открывает новые возможности в репродуктивной биологии и исследованиях фертильности», — сказал доктора Джонатан Байерл и Дайана Лэрд из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF), которые не участвовали в исследовании.

Будет ли эта стратегия работать на людях, еще неизвестно. Вероятность успеха у мышей была очень низкой и составляла всего один процент. Тем не менее, исследование является доказательством концепции, которая еще больше раздвигает границы репродуктивной сферы возможностей. И, возможно, более того, лежащие в основе технологии могут помочь справиться с некоторыми из наших наиболее распространенных хромосомных заболеваний, таких как синдром Дауна.

«Это очень важный прорыв в области получения яйцеклеток и сперматозоидов из стволовых клеток». — сказал Доктор Род Митчелл из Центра репродуктивного здоровья MRC Эдинбургского университета, не участвовавший в исследовании.

Репродуктивная революция

Хаяши — давний ветеран преобразования репродуктивных технологий. В 2020 году его команда описали генетические изменения, которые помогают клеткам созревать в яйцеклетки внутри чашки. Через год они реконструированные клетки яичника которые вырастили из оплодотворенных яиц здоровых детенышей мышей.

В основе этих технологий лежат iPSC. Используя химическую ванну, ученые могут преобразовать зрелые клетки, такие как клетки кожи, обратно в состояние, подобное стволовым клеткам. ИПСК — это, по сути, биологическая пластилин: с помощью химического «замеса» их можно уговорить и превратить практически в любой тип клеток.

Из-за их гибкости ИПСК также трудно контролировать. Как и большинство клеток, они делятся. Но если их слишком долго держать в чашке Петри, они восстают и либо теряют, либо дублируют некоторые из своих хромосом. Эта подростковая анархия, называемая анеуплоидией, является бичом работы ученых, пытающихся сохранить однородную популяцию клеток.

Но, как показывает новое исследование, этот молекулярный бунт является даром для производства яйцеклеток из мужских клеток.

X встречается с Y и… встречается с O?

Давайте поговорим о половых хромосомах.

У большинства людей либо XX, либо XY. И X, и Y — это хромосомы, представляющие собой большие пучки ДНК — нити изображения, намотанные на катушку. Биологически XX обычно производит яйцеклетки, тогда как XY обычно производит сперму.

Но вот в чем дело: ученым давно известно, что оба типа клеток происходят из одного и того же запаса. Байерл и Лэрд объяснили, что эти клетки, получившие название первичных зародышевых клеток, или PGC, полагаются не на X- или Y-хромосомы, а на окружающую их химическую среду для своего начального развития.

Например, в 2017 году команда Хаяши трансформировала эмбриональные стволовые клетки в PGC, которые при смешивании с клетками яичников или яичек плода созревали либо в искусственные яйцеклетки, либо в сперму.

Здесь команда взяла на себя более сложную задачу по преобразованию ячейки XY в XX. Они начали с группы эмбриональных стволовых клеток мышей, потерявших свои Y-хромосомы — редкий и противоречивый ресурс. Используя светящуюся в темноте метку, которая фиксируется только на X-хромосомах, они могли отслеживать количество копий внутри клетки в зависимости от интенсивности света (помните, XX будет светиться ярче, чем XY).

После восьми раундов выращивания клеток в чашках Петри команда обнаружила, что примерно шесть процентов клеток спорадически теряли свою Y-хромосому. Вместо XY теперь у них был только один X — как будто отсутствовала половина пары палочек для еды. Затем команда выборочно уговаривала эти клетки, получившие название XO, делиться.

Причина? Клетки удваивают свои хромосомы, прежде чем разделиться на две новые. Поскольку клетки имеют только одну Х-хромосому, после дупликации некоторые из дочерних клеток окажутся с ХХ, другими словами, биологически женскими. Добавление препарата под названием реверсин помогло процессу, увеличив количество XX клеток.

Затем команда вернулась к своей предыдущей работе. Они преобразовали клетки XX в PGC-подобные клетки, которые могут развиваться в яйцеклетку или сперматозоид, а затем добавили клетки яичника плода, чтобы превратить трансформированные мужские клетки кожи в зрелые яйцеклетки.

В качестве окончательного теста они ввели сперму обычной мыши в лабораторные яйцеклетки. С помощью суррогатной матери в ходе эксперимента с голубым небом появилось более полудюжины детенышей. Их вес был подобен весу мышей, рожденных традиционным путем, а у их суррогатной матери развилась здоровая плацента. Все щенки выросли во взрослую жизнь и родили собственных малышей.

Раздвигая границы

Технология все еще находится в зачаточном состоянии. Во-первых, его успех чрезвычайно низок: только 7 из 630 перенесенных эмбрионов дожили до взрослых особей. С шансом на успех всего в 1.1 процента, особенно у мышей, трудно представить технологию для мужских пар. Хотя мыши-детеныши казались относительно нормальными с точки зрения веса и могли размножаться, они также могли иметь генетические или другие дефекты — то, что команда хочет исследовать дальше.

«Существуют большие различия между мышью и человеком». — сказал Хаяши на предыдущей конференции.

Тем не менее, помимо репродукции, исследование может сразу помочь понять хромосомные нарушения. Синдром Дауна, например, вызывается дополнительной копией 21-й хромосомы. В ходе исследования ученые обнаружили, что обработка эмбриональных стволовых клеток мышей, несущих аналогичный дефект, реверсином — препаратом, помогающим преобразовать клетки XY в клетки XX, — избавляет мышей от дополнительная копия, не затрагивая другие хромосомы. Он далек от того, чтобы быть готовым для использования человеком. Тем не менее, эта технология может помочь другим ученым найти профилактические или скрининговые меры для подобных хромосомных нарушений.

Но, пожалуй, самое интригующее — это то, как технология может повлиять на репродуктивную биологию. В смелом эксперименте команда показала, что клетки одной мужской линии иПСК могут рождать потомство — детенышей, которые вырастают во взрослую жизнь.

С помощью суррогатных матерей «это также предполагает, что у одинокого мужчины может быть биологический ребенок… в далеком будущем», — сказал доктор Тэцуя Исии, биоэтик из Университета Хоккайдо. Эта работа также может способствовать биосохранению, размножению находящихся под угрозой исчезновения млекопитающих всего от одного самца.

Хаяши хорошо осведомлен об этичности и социальных последствиях своей работы. Но сейчас его внимание сосредоточено на помощи людям и расшифровке — и переписывании — правил воспроизводства.

Исследование знаменует собой «веху в репродуктивной биологии», — сказали Байерл и Лэрд.

Изображение предоставлено: Кацухико Хаяси, Осакский университет.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://singularityhub.com/2023/03/28/mice-with-two-dads-were-born-from-eggs-made-from-male-skin-cells/