Peter Tucker
0 
2621
687
For første gang har forskere direkte opprettet mus med to pappaer.
Musene klarte ikke å overleve mer enn et døgn etter fødselen, men det å lekt et embryo laget av DNA fra to pappaer gjennom fosterutviklingen var ingen liten prestasjon. Det var mye vanskeligere, fant forskerne, enn å lage mus med to mødre.
Funnene er med på å forklare hvorfor pattedyr ikke kan reprodusere seg med bare en enslig forsørger. De kan også hjelpe deg med å forklare hvorfor de dyrene som kan reprodusere seg alene, for eksempel noen amfibier, nesten alltid er kvinnelige. [10 fantastiske ting forskere nettopp gjorde med CRISPR]
Barrieren for reproduksjon av en kjønn, sa forfatter forfatter Wei Li, stamcelleforsker ved det kinesiske vitenskapsakademiet, er noe som kalles genomisk avtrykk, eller molekylær merking av DNA som regulerer hvordan instruksjonene i genomet blir utført . Men den nye studien, publisert online 11. oktober i tidsskriftet Cell Stem Cell, avslører at barrieren kan krysses.
Foreldreavtrykk
Genomavtrykk er kjent for å være viktig for embryonal utvikling, men nøyaktig hvordan det fungerer og hva som styrer det er en "svart boks," sa Mellissa Mann, forsker i reproduktiv vitenskap ved University of Pittsburgh School of Medicine og Magee-Women's Research Institutt som ikke var involvert i den nye studien.
Ved seksuell reproduksjon arver hvert avkom halvparten av DNAet fra moren sin, og halvparten av pappaen. Men DNAet fra hver av foreldrene har unike molekylærmerker som blir lagt til under dannelsen av den opprinnelige sædcellen og egget. Disse kodene er instruksjonene som dikterer om et gen blir uttrykt eller holder seg i dvale.
"Du kan arve en kopi av et spesifikt gen fra mamma, og det genet med disse molekylære" merkene "ville gjøre det mulig å bli transkribert for å gjøre sin funksjon," sa Mann. "Men det samme genet fra pappa ville ha forskjellige tagger, og forhindret at det kom til uttrykk."
Disse taggene har mange virkelige konsekvenser. De er avgjørende for tidlig embryonal utvikling, sa Mann. Tidligere studier har funnet at når forskere prøver å konstruere avkom fra to sædceller, mislykkes embryoet å utvikle seg, mens cellene som vokser morkaken blomstrer; avkom fra to egg resulterer i et utviklende embryo og en morkake som ikke klarer å vokse. [5 grunner til at morkaken er fantastisk]
Det er også genetiske lidelser som er avhengig av genomisk avtrykk. Angelman syndrom, en nevrologisk lidelse som forårsaker intellektuell funksjonshemning og anfall, er forårsaket av en mutasjon av UBE3A genet på mors kromosom. Når den samme genmutasjonen blir gitt av pappa i stedet for mamma, er resultatet en helt annen nevrologisk lidelse som kalles Prader-Willi syndrom.
Det krever to
Noen dyr er i stand til å reprodusere solo. De fleste av disse tilfellene er når en kvinne reproduserer seg uten en mann, en prosess som kalles parthenogenese. Ulike fisk, krypdyr og amfibier kan reprodusere seg på denne måten. Bare en fisk (Danio rerio) er kjent for å reprodusere seg med menn alene, og bare under visse laboratorieforhold, sa Baoyang Hu fra det kinesiske vitenskapsakademiet, en annen seniorforfatter av den nye artikkelen.
Forskerne bak den nye studien ønsket å forstå hvorfor pattedyr ikke kan reprodusere seg alene. Så for å starte, satte de seg for å se hva som skal til for å lage parthenogenese hos pattedyr. De brukte musestamceller konstruert for å ha bare ett sett med mors kromosomer, som et egg, og injiserte dem i en normal eggcelle for å lage et embryo med to sett med mors DNA. De overførte deretter det resulterende embryoet til en surrogatmor.
For å lage et levedyktig embryo, måtte forskerne slette tre påtrykte segmenter av genomet fra de konstruerte stamcellene. De resulterende musene virket normale, selv om Li fortalte at musene ble testet i bare en begrenset tid under eksperimentelle forhold, og at de kanskje ikke har vært så sunne som mus som produserte på gammeldags måte.
Men mus med to mødre er ikke noe nytt; lignende mus med to mødre ble først produsert i 2004, skrev forfatterne. [Hvordan fungerer Ancestry DNA-tester virkelig?]
Så de vendte seg til et vanskeligere problem: Å lage mus med to pappaer. Dette er gjort bare en gang av forskere ved M. Anderson Cancer Center i Texas. I så fall skapte forskere mannlige stamceller med X, men ingen Y-kromosomer, injiserte dem i kvinnelige blastocyster, det tidlige utviklingsstadiet der noen celler har differensiert til spesifikke typer. De lar deretter kvinnene utvikle seg til voksne. De paret så hunnene som bare hadde mannlig X-DNA med hanner, og skapte avkom som bare bar gener fra to far.
Pappaer alene
Denne gangen ville forskerne se om de kunne lage mus med to pappaer uten mellomtrinnet til en genmanipulert kvinne, fortalte Hu. For å gjøre det, sprøytet de en sædcelle og stamceller med bare faderlig DNA i en eggcelle som hadde fjernet kjernen (og dermed hele dets moder-DNA). De ekstraherte deretter stamceller, som er i stand til å bli en hvilken som helst celle i kroppen, som utviklet seg i det resulterende embryoet. Disse stamcellene ble deretter satt i en separat blastocyst. Blastocysten var nødvendig for å utvikle en morkake, sa Hu. Til slutt ble denne stamcelleinjiserte blastocysten satt i livmoren til en surrogatmor.
"Så vidt vi vet, er det første gang to-faderlige mus med to direkte fedre er blitt produsert," fortalte Hu .
Men musene gikk ikke bra. Vellykkede fødsler var faktisk i mindretall. Av 1.023 forsøk ble det bare 12 levende valper som ble født. Og valpene var ikke normale. De var hovne med væsker og mer enn dobbelt så store som vanlige musunger. Alle slet med å amme og puste og døde like etter fødselen.
"Folk går foran forskningen med å si at det er et potensial som to menn potensielt kan få et barn," fortalte Mann. "Dette er veldig lange veier."
Hva studien gjør er imidlertid antydning til hvorfor parthenogenese er mer vanlig i naturen enn kun reproduksjon av menn. Forskerne måtte slette syv pregede regioner i genomet for å gjøre reproduksjon av bare menn, fire flere enn de måtte slette for kvinner. (Det ekstra tapet av genetisk materiale kan forklare hvorfor musene med to fedre var så unormale, sa Mann.)
I fremtiden kan metoden brukes til å studere nærmere effekten av avtrykk på forskjellige utviklingsforstyrrelser, sa seniorforfatter Qi Zhou, også fra det kinesiske vitenskapsakademiet. Musene kan brukes til å teste genetiske modifikasjoner som kan korrigere arvelige lidelser, sa Zhou.
Opprinnelig publisert på .