Біологія
Біологія

У Китаї виростили мишей із незапліднених яйцеклітин

Китайським вченим вдалося виростити до дорослого віку мишенят із яйцеклітин, які не були запліднені сперматозоїдами. Щоб цього досягти вони застосували метод генетичної модифікації, за допомогою якої можна керувати активністю окремих генів. Дослідження, яке демонструє хоч і слабку, але можливість істинного партеногенезу у ссавців, оприлюднене в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.

Миша, що розвинулася із незаплідненої яйцеклітини, зі своїм потомством. Yanchang Wei et al. / PNAS, 2022

Миша, що розвинулася із незаплідненої яйцеклітини, зі своїм потомством. Yanchang Wei et al. / PNAS, 2022

Що не так із партеногенезом ссавців?

Для розмноження тварин зазвичай необхідна участь двох осіб різної статі, статеві клітини яких беруть участь у заплідненні, що дає початок розвитку ембріона. Утім, досить поширеним є також партеногенез, коли потомство розвивається зі статевих клітин без запліднення. Можливість такого розмноження нещодавно виявили, наприклад, в каліфорнійських кондорів.

Утім, серед ссавців цього не відбувається навіть у лабораторних умовах. Перешкодою партеногенезу у цьому випадку стають генетичні механізми, зокрема геномний імпринтинг — відмінності в експресії генів, у залежності від того, походять вони з материнських чи батьківських хромосом. Переважно це відбувається через те, що в яйцеклітинах та сперматозоїдах по-різному проходить метилювання ДНК, тобто структурні зміни окремих її ділянок, які визначають експресію генів. Тому стосовно деяких генів активними є лише ті копії, що отримані від матері, а стосовно інших — експресуються лише батьківські копії. І оскільки партеногенез передбачає наявність у потомства набору хромосом лише від матері (або батька), у такому разі частина його генів взагалі не буде працювати, тоді як інші можуть бути надмірно активними, що робить його нежиттєздатним. Утім, інструменти генетичної модифікації дають змогу проводити втручання, змінюючи сам геном та його роботу. І вчені з Шанхайського університету Цзяотун вирішили перевірити, чи зможуть вони у такий спосіб запустити партеногенез у ссавців.

Які генетичні експерименти проводили дослідники?

Вчені хотіли добитися розвитку ембріонів із незапліднених мишачих яйцеклітин, яким зберегли повний, подвійний набір хромосом (у нормі статеві клітини мають одинарний набір хромосом, який стає повним лише в зиготи при їх злитті). Для цього вони вирішили змінити метилювання ДНК яйцеклітин за допомогою технології «генетичних ножиць» CRISPR/Cas9. Технологію було модифіковано замість розрізання ДНК змінювати метилювання семи ділянок геному, що піддаються імпринтингу — два за «батьківським типом» та п'ять за «материнським». Так вчені відредагували метилювання однієї копії генетичного коду в яйцеклітинах так, щоб експресія обраних генів відповідала такій у геномі матері, а іншу копію — щоб відповідала роботі генів у геномі батька. Тобто було зімітовано запліднення зі злиттям материнського та батьківського генетичного матеріалу.

Успішно було модифіковано 227 яйцеклітин, яких відтак змусили дробитися всупереч відсутності запліднення. Із незапліднених яйцеклітин вченим вдалося запустити формування ембріонів у 192 клітинах. На третьому дні розвитку зародки підсадили 14 самкам мишей.

Чого добилися модифікацією яйцеклітин?

Далеко не всі підсаджені ембріони прижилися, а живими народилися лише троє мишенят. Двоє з них мали низьку масу тіла (0,7-08 грама), у порівнянні з дитинчатами дикого типу (1,15 грама), а також ознаки легкого відставання у рості. Протягом 24 годин ці тварини померли, і як показало їх обстеження, принаймні на одній із семи редагованих ділянок метилювання було порушене. Однак третє дитинча народилося з нормальною вагою (1,1 грама), і що важливіше — дожило до дорослого віку та навіть дало потомство після спарювання з самцем. Метилювання ДНК цієї миші виявилося правильним, всупереч тому, що в неї немає батька. Це вказує, що для успішного внутрішньоутробного розвитку важливими є усі сім досліджуваних ділянок із геномним імпринтингом.

Але не можна сказати, що мишеня було цілком здоровим і не відрізнялося від контрольних. Після народження воно відставало в рості й мало меншу на приблизно 20 відсотків вагу. Вчені припустили, це через іншу «батьківську» ділянку ДНК, яку не редагували в цьому дослідженні і вона експресувалася слабше — ген Rasgrf1. Коли у наступних дослідах зміни внесли і в експресію цього гену, із 155 модифікованих яйцеклітин народилося двоє мишей. Але обидві мали нормальну вагу як при народженні, так і при подальшому розвитку.

Таким чином, китайські вчені продемонстрували, що хоча і з зовнішнім втручанням, але партеногенез у ссавців можливий, що може посприяти розвитку нових технологій у сільському господарстві, наукових дослідженнях та медицині. Водночас автори відмічають кілька напрямків, на які чекають вдосконалення у майбутньому. Зокрема, ефективність партеногенезу поки що дуже низька — менш ніж 2 відсотки підсаджених ембріонів народилися в термін живими. Причиною цього можуть бути невраховані в цій роботі ключові ділянки ДНК, які теж регулюються геномним імпринтингом, або ж складнощі з якісним керуванням метилювання ДНК.