Çin Bilimler Akademisi'nden bilim adamları, aynı cinsiyetten farelerin yavrular üretmesine izin vererek, ilk kez memelilerde öksüz üreme sağladı
Doğal koşullar altında, bazı böcekler, balıklar, sürüngenler ve kuşlar yavrularını partenogenez yoluyla çoğaltabilirken, memeliler yavru üretmek için iki üreme hücresinin kombinasyonuna, yani cinsel üreme sistemine ihtiyaç duyar.
Laboratuvarda, bilim adamları, yavru üretmek için eşcinsel germ hücrelerinin kombinasyonunu art arda fark ettiler.
En son ilerleme, iki anneden sağlıklı fareler elde etmek için kök hücre teknolojisini ve gen düzenleme teknolojisini kullanarak Li Wei'nin grubu, Zhou Qi'nin grubu ve Hu Baoyang'ın Çin Bilimler Akademisi Enstitüsü'ndeki grubun işbirliğinden geliyor ve dünyanın ilk faresi Makale bu hafta "Cell Stem Cell" (Hücre Kök Hücresi) dergisinde yayınlandı.
Bu teknoloji henüz olgunluk aşamasına gelmedi. Deneyde, çift annelerden elde edilen fareler sağlıklı yavrular üretirken, çift babalardan elde edilen fareler doğumdan hemen sonra öldü ve 12'den sadece 2'si 48 saatten fazla hayatta kaldı.
Bu araştırma, aynı cinsiyetten ebeveynlerin çocuk üretmesinin neden bu kadar zor olduğunu ve bu engeli aşmanın olası yollarını ortaya koyuyor.
"Genomik baskı" (genomik baskı) fenomeni, memelilerin doğal koşullar altında eşeysiz üreyememesinin nedenidir. Memelilerin evrimi sırasında, sperm ve yumurta hücrelerini ayırt etmek için genlerinde farklı belirteçler gelişmiştir. Ancak bu izler birlikte çalıştığında sağlıklı yavrular doğacaktır. Sadece babanın veya annenin genetik materyali varsa bazı genler ifade edilmeyecek ve embriyonun normal gelişimini etkilemeyecektir.
Bu "damgayı" değiştirmek ve germ hücrelerini genetik düzeyde "denatüre etmek", bilim adamlarının uzun süredir çok çalıştıkları yöndür. 2004 yılında Tokyo Ziraat Üniversitesi'nden Tomohiro Kono ekibi, spermin kromozomal ifadesini taklit etmek için olgunlaşmamış yumurta hücrelerinin genlerini değiştirdi. Çalışmada 457 embriyodan 2 fare doğdu. Araştırma ekibi, adı Japon efsanevi Prenses Taketori'den gelen bunlardan birine "Kaguya Ji" adını verdi.
Çin Bilimler Akademisi Zooloji Enstitüsü ekibi, daha yüksek başarı oranına sahip bir yol buldu. Haploid embriyonik kök hücrelerde daha az genomik iz olduğunu ve potansiyel etkilerin ortadan kaldırılmasının daha kolay olduğunu buldular.
Haploid embriyonik kök hücreler, kromozomların yalnızca yarısını içeren, ancak normal kök hücreler gibi bölünebilen ve farklılaşabilen hücrelerdir. Kök hücreler primordiyal germ hücrelerine daha yakın olduğundan, sperm ve yumurta hücrelerinde bulunan genomik izler burada "silinir".
Ekip ilk olarak partenogenetik haploid embriyonik kök hücreler üretmek için dişi farelerin oositlerini aktive etti ve ardından "cinsiyet dönüşümü" elde etmek için daha fazla genomik iz içeren üç bölgeyi çıkarmak için CRISPR-Cas9 sistemini kullandı. Daha sonra bilim adamları, embriyo gelişimini ve oluşumunu tetiklemek için bu kök hücrelerin genetik materyalini başka bir dişi farenin yumurta hücrelerine enjekte ettiler.
Araştırmalar, bu partenogenetik yöntemle elde edilen bireylerin uzun ömür özellikleri sergilediklerini, ancak yavaş büyüme ve zihinsel kaygıdan muzdarip olduklarını bulmuştur. Genlerin daha fazla modifikasyonundan sonra, sonunda 210 embriyodan 29 fare doğdu, yetişkinliğe kadar hayatta kaldı ve normal bireyler gibi kendi yavrularını üretti.
Çift anne farelerin doğumunu fethettikten sonra ekip, erkekler arasında aynı cinsiyetten üremeyi ele geçirmeye başladı, ancak bu eskisinden çok daha zor.
Birincisi, öksüz erkek haploid embriyonik kök hücrelerde 7 anahtar genom damgası bölgesi vardır. İkinci olarak, erkek bireylerin yumurta hücreleri yoktur, bu nedenle, başka bir erkek fareden aktive edilmiş öksüz kök hücreler ve spermler, çıkarılmış yumurta hücrelerine enjekte edilmeli ve daha sonra vekil farelerin rahmine aktarılmadan önce in vitro kültürlenmelidir.
Çok sayıda karmaşık modifikasyona ve hassas modifikasyona rağmen, 477 embriyodan sadece 12 fare başarıyla doğdu ve bunlardan sadece 2'si 2 günden fazla hayatta kaldı. Araştırmacılar, yetim farelerin ömrünü uzatmak için yöntemler geliştiriyor.
Bu zorluk beklenebilir ve takım başlangıçta başarıdan emin değildi. Doğada, öksüz erkek üremesi son derece nadirdir ve şu anda sadece nadir melez balıklarda ve bazı omurgasızlarda bulunur.
Doğada memeli partenogenezine ilişkin bir rapor yoktur. Laboratuvardaki araştırmalar, biyolog Gregory Pincus'un tavşanlarda partenogenezin başarıyla başlatıldığını bildirdiği 1936 yılına kadar izlenebilir. Bundan sonra 2004'te "Kaguya Ji" oldu. 2010 yılında, Richard Behringer'in ekibi iki babalı bir teknoloji önerdi, ancak bu, aslında erkek ebeveyn A'nın genetik olarak kusurlu dişi yavrularının, genom baskısı sorunundan kaçınarak erkek ebeveyn B ile çoğalmasına izin verdi. Ayrıca maymunlarda ve domuzlarda yapılan bazı çalışmalar var. Genetik damgalama nedeniyle, embriyoların geliştirilmesi genellikle zordur.
İnsan hücreleri de buna karşılık gelen araştırmalara sahiptir, ancak üreme amacıyla değil, kök hücre tedavisini kullanma girişimi. 2007 gibi erken bir tarihte, Elena Revazova'nın ekibi, yumurta hücrelerini kök hücrelere dönüştürmek için partenogenetik teknolojiyi kullanarak kök hücre oluşturmanın bir yolunu sağladı. Ayrıca 2007'de, bazı araştırma raporları, daha önce sahtekarlıktan dolayı itibarını yitiren Huang Yuxi'nin yanlışlıkla partenogenetik embriyonik kök hücreler elde ettiğini gösterdi. Shinya Yamanaka ve John Gordon 2012'de Nobel Fizyoloji Ödülü'nü kazandıkça, somatik hücreleri yumurta hücrelerine dönüştürmek için indüklenmiş pluripotent kök hücreleri kullanma yöntemleri de sıcak bir araştırma konusu haline geldi.
Ancak bugünün araştırması bile hala insan uygulamasından uzak. Fare sistemindeki çeşitli zorluklar çözülmemiştir.Her türün farklı genomik izleri nedeniyle, insan embriyoları üzerindeki benzer çalışmalar üzerindeki birçok düzenleyici kısıtlama ile birlikte, farelerden insanlara dönüşümde de birçok teknik ve etik zorluk vardır.
Buna rağmen, bu araştırma aynı zamanda çeşitli genlerin gelişimdeki rolünü anlamaya yardımcı olabilecek ve hatta bazı kısırlık ve doğumsal hastalıkların kökenini anlamaya yardımcı olabilecek bazı önemli bilgiler de sağlar.
DOI: 10.1016 / j.stem.2018.09.004, makaledeki resimler bildirinin yazarına aittir.
Başlık resmi: Sağlıklı yetişkin çift dişi fare ve yavruları, Çin Bilimler Akademisi Zooloji Enstitüsü'nden Wang Leyun'dan
