Мышь из генетического материала однополых родителей дожила до зрелого возраста
Команда ученых, изучающих стволовые клетки, впервые в истории использовала инженерию эмбриональных стволовых клеток для воспроизводства мыши с двумя родителями мужского пола, которая благополучно дожила до зрелого возраста.
Результаты, опубликованные 28 января 2025 года в журнале Cell Stem Cell, описывают, как воздействие на определенный набор генов, участвующих в репродукции, позволило исследователям преодолеть ранее непреодолимые проблемы однополого размножения у млекопитающих.
Ученые и раньше пытались создать мышей с двойным отцовством, но эмбрионы развивались только до определенного момента, а затем переставали расти. Здесь исследователи под руководством члена-корреспондента Китайской академии наук (CAS) в Пекине Вэй Ли сосредоточились на разработке алгоритмов импринтинга, которые регулируют многообразие экспрессии генов.
«Эта работа поможет устранить ряд ограничений в исследованиях стволовых клеток и регенеративной медицины», — полагает Вэй Ли.
«Уникальные характеристики импринтирующих генов заставили ученых предположить, что они являются фундаментальным препятствием для однополого размножения у млекопитающих», — говорит соавтор исследования Ци Чжоу, также представляющий Академию наук КНР.
«При искусственном создании эмбрионов с материалом двух однополых родителей они не развиваются должным образом и в какой-то момент останавливаются из-за этих генов».
Более ранние попытки создать мышь с двойным отцовством использовали органоиды яичников для получения яйцеклеток из мужских плюрипотентных стволовых клеток. Затем эти яйцеклетки были оплодотворены спермой другого самца. Однако, когда гомологичные хромосомы — хромосомы, которые делятся во время мейоза с образованием яйцеклеток и сперматозоидов, — происходят от представителей одного и того же пола, возникают нарушения импринтинга, приводящие к неисправимым дефектам развития.
В этом исследовании ученые модифицировали 20 ключевых генов импринтинга по отдельности, используя ряд различных методов, включая мутации со сдвигом рамки считывания, делеции генов и изменения регуляторных областей. Они обнаружили, что эти изменения не только позволили создать животных с двойным отцовством, которые иногда доживали до зрелого возраста, но и привели к получению стволовых клеток с более стабильной плюрипотентностью.
«Эти результаты убедительно доказывают, что нарушения импринтинга являются основным препятствием для однополого размножения млекопитающих», — говорит соавтор исследования Гуань-Чжэн Ло из Университета Сунь Ятсена в Гуанчжоу.
«Новый подход может значительно улучшить результаты развития эмбриональных стволовых клеток и клонирования животных, прокладывая многообещающий путь для развития регенеративной медицины».
Исследователи отмечают ряд ограничений, которые еще предстоит устранить в их работе. Только 11,8% жизнеспособных эмбрионов были способны развиваться до рождения, и не все появившиеся на свет детеныши дожили до зрелого возраста из-за дефектов развития. У большинства из тех, кто дожил до зрелого возраста, изменился рост и сократилась продолжительность жизни. Кроме того, мыши, которые дожили до зрелого возраста, были стерильны, хотя и демонстрировали повышенную предрасположенность к клонированию.
«Дальнейшие модификации генов импринтинга потенциально могут способствовать выведению здоровых мышей от двух отцов, способных продуцировать жизнеспособные гаметы, и привести к разработке новых терапевтических стратегий для лечения заболеваний, связанных с нарушениями механизма импринтинга», — считает соавтор исследования Чжи-Кун Ли.
Команда намерена распространить экспериментальные подходы, разработанные на мышах, на более крупных животных, включая обезьян. Однако они отмечают, что это потребует значительного времени и усилий, поскольку комбинации генов импринтинга у обезьян значительно сложнее чем у мышей.
Будет ли эта технология в конечном итоге применена для лечения заболеваний человека, остается неясным. Этические рекомендации Международного общества по исследованию стволовых клеток не допускают редактирование наследственного генома в репродуктивных целях и использование гамет, полученных из стволовых клеток человека.
