Миші з двома батьками народилися з яєць, виготовлених із чоловічих клітин шкіри

Сім мишей щойно приєдналися до пантеону нащадків, створених від одностатевих батьків, і відкрили двері для нащадків, народжених від одного батька.

У дослідженні, опублікованому в природа, дослідники описали, як вони зіскрібали клітини шкіри з хвостів самців мишей і використовували їх для створення функціональних яйцеклітин. Після запліднення спермою та пересадки сурогатній матері ембріони дали здорових дитинчат, які виросли та мали власних дітей.

Дослідження є останнім у десятирічних спробах переписати відтворення. Яйцеклітина зустрічається зі сперматозоїдом залишається догмою. У грі йдеться про те, як генеруються дві половини. Завдяки технології iPSC (індукованих плюрипотентних стовбурових клітин) вчені змогли обійти природу, щоб інженерні функціональні яйця, реконструювати штучні яєчники, і дають початок здоров миші від двох матерів. Але ніхто не зміг зламати рецепт здорового потомства, народженого від двох батьків.

Зверніть увагу на доктора Кацухіко Хаясі з Університету Кюсю, який поставив перед собою амбітну мету створити гамети — сперматозоїди та яйцеклітини — поза організмом. Його рішення прийшло завдяки хитромудрому хаку. При вирощуванні в чашках Петрі клітини iPSC мають тенденцію втрачати пучки своєї ДНК, які називаються хромосомами. Зазвичай це сильний головний біль, оскільки він порушує генетичну цілісність клітини.

Хаясі зрозумів, що може викрасти механізм. Відбираючи клітини, які виділяють Y-хромосому, команда виховувала клітини, доки вони повністю не перетворилися на зрілі яйцеклітини. Клітини, які спочатку були чоловічими клітинами шкіри, з часом перетворилися на нормальних мишей після запліднення нормальною спермою.

«Протокол Муракамі та його колег відкриває нові шляхи в репродуктивній біології та дослідженнях фертильності», сказав доктора Джонатан Баєрл і Діана Лерд з Каліфорнійського університету в Сан-Франциско (UCSF), які не брали участі в дослідженні.

Чи спрацює стратегія на людях, ще невідомо. Рівень успіху у мишей був дуже низьким — лише фрагмент понад один відсоток. Проте це дослідження є доказом концепції, яка ще більше розширює межі репродуктивної сфери можливостей. І, можливо, скоріше, базова технологія може допомогти впоратися з деякими з наших найпоширеніших хромосомних розладів, таких як синдром Дауна.

«Це дуже важливий прорив для генерації яйцеклітин і сперми зі стовбурових клітин», сказав Доктор Род Мітчелл з Центру репродуктивного здоров'я MRC Единбурзького університету, який не брав участі в дослідженні.

Репродуктивна революція

Хаясі — давній ветеран трансформації репродуктивних технологій. У 2020 році його команда описав генетичні зміни, які допомагають клітинам дозріти в яйцеклітини всередині посуду. Через рік вони реконструйовані клітини яєчника який вирощував із запліднених яєць здорових дитинчат миші.

В основі цих технологій iPSC. За допомогою хімічної ванни вчені можуть перетворити зрілі клітини, такі як клітини шкіри, назад у стан, подібний до стовбурових клітин. iPSC — це, по суті, біологічне тісто: за допомогою супу хімічного «замішування» їх можна вмовити та створити майже будь-який тип клітини.

Через їхню гнучкість iPSC також важко контролювати. Як і більшість клітин, вони діляться. Але якщо їх занадто довго тримати в чашці Петрі, вони бунтують і або втрачають, або дублюють, деякі зі своїх хромосом. Ця підліткова анархія, яка називається анеуплоїдією, є прокляттям роботи вчених, які намагаються зберегти однорідну популяцію клітин.

Але, як показує нове дослідження, молекулярне повстання є даром генерувати яйцеклітини з чоловічих клітин.

X зустрічається з Y і… зустрічається з O?

Давайте поговоримо про статеві хромосоми.

Більшість людей мають XX або XY. І X, і Y — це хромосоми, які являють собою великі пучки ДНК — нитки зображення, намотані навколо котушки. Біологічно XX зазвичай генерує яйцеклітини, тоді як XY зазвичай виробляє сперму.

Але ось що: вчені давно знають, що обидва типи клітин починаються з одного і того ж матеріалу. Ці клітини, які називаються первинними зародковими клітинами, або PGC, покладаються не на X- або Y-хромосоми, а радше на навколишнє хімічне середовище для свого початкового розвитку, пояснили Баєрл і Лейрд.

У 2017 році, наприклад, команда Хаяші трансформувала ембріональні стовбурові клітини в PGC, які при змішуванні з клітинами яєчників або сім’яників плода дозрівали в штучні яйцеклітини або сперму.

Тут команда взялася за складніше завдання перетворити клітинку XY на клітинку XX. Вони почали з групи ембріональних стовбурових клітин мишей, які втратили свої Y-хромосоми — рідкісний і суперечливий ресурс. Використовуючи тег, що світиться в темряві, який захоплює лише Х-хромосоми, вони могли відстежувати, скільки копій було всередині клітини на основі інтенсивності світла (пам’ятайте, XX світитиме яскравіше, ніж XY).

Після вирощування клітин протягом восьми раундів у чашках Петрі команда виявила, що приблизно шість відсотків клітин епізодично втрачають Y-хромосому. Замість XY тепер вони містили лише один X — ніби бракує половини пари паличок. Потім команда вибірково спонукала ці клітини, які отримали назву XO, до поділу.

Причина? Клітини дублюють свої хромосоми перед поділом на дві нові. Оскільки клітини мають лише одну Х-хромосому, після подвоєння деякі дочірні клітини отримають XX, іншими словами, біологічно жіночі. Додавання препарату під назвою реверсин сприяло процесу, збільшуючи кількість клітин XX.

Потім команда використала свою попередню роботу. Вони перетворили клітини XX на PGC-подібні клітини — ті, які можуть розвиватися в яйцеклітину або сперматозоїд — а потім додали клітини яєчників плоду, щоб підштовхнути трансформовані чоловічі клітини шкіри до зрілих яйцеклітин.

В якості остаточного тесту вони ввели сперму звичайної миші в виготовлені в лабораторії яйцеклітини. За допомогою сурогатної самки в експерименті з блакитним небом народилося понад півдюжини дитинчат. Їхня вага була подібна до мишей, народжених традиційним способом, а їхня сурогатна мама розвинула здорову плаценту. Усі цуценята виросли та мали власних дітей.

Розсув межі

Технологія все ще на початку свого розвитку. По-перше, відсоток успіху надзвичайно низький: лише 7 із 630 перенесених ембріонів дожили до повноцінних дорослих. Маючи лише 1.1 відсотка шансів на успіх — особливо у мишей — важко продати технологію для чоловічих пар. Незважаючи на те, що дитинчата мишей здавалися відносно нормальними з точки зору ваги та могли розмножуватися, вони також могли містити генетичні чи інші недоліки — те, що команда хоче продовжити дослідження.

«Між мишкою і людиною є великі відмінності» сказав Хаяші на попередній конференції.

Тим не менш, окрім розмноження, дослідження може негайно допомогти зрозуміти хромосомні порушення. Синдром Дауна, наприклад, спричинений додатковою копією хромосоми 21. Під час дослідження команда виявила, що лікування стовбурових клітин мишачого ембріона, які мають подібний дефект, реверсином — препаратом, який допомагає перетворювати клітини XY на клітини XX — позбавляє мишей від додаткову копію, не впливаючи на інші хромосоми. Він ще далекий від готовності до використання людиною. Однак ця технологія може допомогти іншим вченим знайти профілактичні заходи або заходи скринінгу на подібні хромосомні розлади.

Але, можливо, найбільш інтригуючим є те, куди технологія може привести репродуктивну біологію. У сміливому експерименті команда показала, що клітини однієї чоловічої лінії iPSC можуть народжувати потомство — цуценят, які виросли до дорослого віку.

За допомогою сурогатних матерів «це також свідчить про те, що самотній чоловік міг би мати біологічну дитину… у далекому майбутньому», – сказав доктор Тецуя Ішіі, біоетик з Університету Хоккайдо. Ця робота також може сприяти біоконсервації, розмножуючи зникаючих ссавців лише від одного самця.

Хаясі добре усвідомлює етику та соціальні наслідки своєї роботи. Але поки що він зосереджений на допомозі людям і розшифровці — і переписуванні — правил відтворення.

Дослідження знаменує собою «віху в репродуктивній біології», - сказали Байерл і Лейрд.

Автор зображення: Кацухіко Хаясі, Осакський університет

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://singularityhub.com/2023/03/28/mice-with-two-dads-were-born-from-eggs-made-from-male-skin-cells/