Мышата от однополых родителей родились в Китае с использованием стволовых клеток и редактирования генов

Исследователи из Китайской академии наук смогли получить здоровых мышей от двух матерей, которые впоследствии дали нормальное потомство. Мыши от двух отцов также родились, но выжили лишь пару дней. Работа, представленная 11 октября в журнале Cell Stem Cell, изучает причины, по которым животным одного пола так сложно производить потомство, и предполагает, что некоторые из этих барьеров можно преодолеть с помощью стволовых клеток и целевого редактирования генов.

«Нас интересовал вопрос, почему млекопитающие могут размножаться только половым путем. Мы сделали несколько открытий в прошлом, комбинируя репродукцию и регенерацию, поэтому попытались выяснить, можно ли получить более нормальных мышей с двумя матерями или даже мышей с двумя отцами, используя гаплоидные эмбриональные стволовые клетки с делециями генов», — говорит соавтор Ци Чжоу.

Хотя некоторые рептилии, амфибии и рыбы могут размножаться с одним родителем того же пола, для млекопитающих сделать то же самое сложно даже с помощью технологий оплодотворения. У млекопитающих, поскольку определенные материнские или отцовские гены «выключаются» во время развития зародышевой линии механизмом, называемым геномным импринтингом, потомство, не получающее генетический материал от обоих родителей, может иметь аномалии развития или быть нежизнеспособным. Удаляя эти импринтированные гены из незрелых яйцеклеток, исследователи ранее получали биматеринских мышей — мышей с двумя матерями. «Однако полученные мыши все еще демонстрировали дефектные признаки, а сам метод очень непрактичен и сложен в использовании», — говорит Чжоу.

Чтобы получить здоровых биматеринских мышей, Чжоу, соавторы Баоян Ху, Вэй Ли и их коллеги использовали гаплоидные эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), которые содержат половину нормального числа хромосом и ДНК только от одного родителя и которые, по мнению исследователей, стали ключом к их успеху. Мышей с двумя матерями создали, удалив три импринтированные области генома из гаплоидных ЭСК, содержащих ДНК одной матери, и введя их в яйцеклетки другой самки мыши. Они получили 29 живых мышей из 210 эмбрионов. Мыши были нормальными, дожили до взрослого возраста и имели собственное потомство.

Одно из преимуществ использования гаплоидных ЭСК заключается в том, что даже до того, как проблемные гены будут «выключены», они содержат меньше импринтингового программирования, которое в конечном итоге заставляет экспрессироваться материнские или отцовские специфические гены. «Мы обнаружили в этом исследовании, что гаплоидные ЭСК были больше похожи на примордиальные зародышевые клетки — предшественники яйцеклеток и сперматозоидов. Геномный импринтинг, обнаруженный в гаметах, был "стерт"», — говорит Ху.

12 живых, доношенных мышей с двумя генетическими отцами были получены с использованием аналогичной, но более сложной процедуры. Гаплоидные ЭСК, содержащие ДНК только одного отца, были модифицированы для удаления семи ключевых импринтированных областей. Затем отредактированные гаплоидные ЭСК вместе со спермой другого самца мыши ввели в яйцеклетку, у которой было удалено ядро, а следовательно, и женский генетический материал. Это создало эмбрион, содержащий только геномную ДНК от двух отцов. Эти эмбрионы вместе с плацентарным материалом перенесли суррогатным матерям, которые выносили их до срока.

Эти детеныши выжили 48 часов после рождения, но исследователи планируют усовершенствовать процесс, чтобы бипатеральные мыши доживали до взрослого возраста. Аналогичные результаты были достигнуты в 2011 году, но с использованием метода, который полагался на самку-посредника, полученную из стволовых клеток первого отца, для спаривания со вторым отцом. Этот метод обходил проблему геномного импринтинга, но создает этические и практические препятствия, если эта технология когда-либо будет рассматриваться для людей.

Ли отмечает, что для использования этих методов у других млекопитающих все еще существуют препятствия, включая необходимость идентификации проблемных импринтированных генов, уникальных для каждого вида, и опасения за потомство, которое не выживает или имеет серьезные аномалии. Однако они надеются в будущем изучить эти методы на других лабораторных животных.

«Это исследование показывает нам, что возможно. Мы увидели, что дефекты у биматеринских мышей можно устранить, и что барьеры бипатерального размножения у млекопитающих также можно преодолеть с помощью модификации импринтинга. Мы также выявили некоторые из наиболее важных импринтированных областей, которые препятствуют развитию мышей с родителями одного пола, что также интересно для изучения геномного импринтинга и клонирования животных», — говорит он.