Hier is hoe onderzoekers muizen maakten met 2 vaders

Voor het eerst hebben onderzoekers direct muizen gemaakt met twee vaders.

De muizen konden niet langer dan een dag of zo na de geboorte overleven, maar het was geen sinecure om een ​​embryo uit het DNA van twee vaders over te halen tijdens de hele ontwikkeling van de foetus. Het was veel moeilijker, vonden de onderzoekers, dan muizen maken met twee moeders.

De bevindingen helpen verklaren waarom zoogdieren zich niet kunnen voortplanten met slechts één ouder. Ze kunnen ook helpen verklaren waarom die dieren die zich alleen kunnen voortplanten, zoals sommige amfibieën, bijna altijd vrouwelijk zijn. [10 geweldige dingen die wetenschappers net hebben gedaan met CRISPR]

De barrière voor reproductie van hetzelfde geslacht, zei senior studie-auteur Wei Li, een stamcelonderzoeker aan de Chinese Academie van Wetenschappen, is iets dat genomische inprenting wordt genoemd, of de moleculaire tagging van DNA dat regelt hoe de instructies in het genoom worden uitgevoerd. . Maar de nieuwe studie, online gepubliceerd op 11 oktober in het tijdschrift Cell Stem Cell, onthult dat de barrière kan worden overschreden.

Ouderlijke afdrukken

Het is bekend dat genomische inprenting belangrijk is voor de embryonale ontwikkeling, maar hoe het precies werkt en wat het controleert, is een 'zwarte doos', zegt Mellissa Mann, een onderzoeker in reproductieve wetenschap aan de University of Pittsburgh School of Medicine en het Magee-Women's Research Instituut dat niet betrokken was bij de nieuwe studie.

Bij seksuele voortplanting erft elk nageslacht de helft van zijn DNA van zijn moeder en de helft van zijn vader. Maar het DNA van elke ouder heeft unieke moleculaire tags die worden toegevoegd tijdens de vorming van het oorspronkelijke sperma en ei. Deze tags zijn de instructies die bepalen of een gen tot expressie wordt gebracht of slapend blijft.

"Je zou een kopie van een specifiek gen van moeder kunnen erven, en dat gen met deze moleculaire 'merktekens' zou het mogelijk maken om het te transcriberen om zijn functie te vervullen," zei Mann. "Maar hetzelfde gen van papa zou verschillende tags hebben, waardoor het niet tot expressie wordt gebracht."

Deze tags hebben veel gevolgen in de echte wereld. Ze zijn cruciaal in de vroege embryonale ontwikkeling, zei Mann. Eerdere studies hebben aangetoond dat wanneer wetenschappers nakomelingen proberen te ontwikkelen uit twee zaadcellen, het embryo zich niet ontwikkelt, terwijl de cellen die de placenta laten groeien, gedijen; nakomelingen van twee eieren resulteren in een zich ontwikkelend embryo en een placenta die niet groeit. [5 redenen waarom de placenta geweldig is]

Er zijn ook genetische aandoeningen die afhankelijk zijn van genomische inprenting. Angelman-syndroom, een neurologische aandoening die een verstandelijke beperking en toevallen veroorzaakt, wordt veroorzaakt door een mutatie van de UBE3A gen op het chromosoom van de moeder. Wanneer diezelfde genmutatie wordt doorgegeven door vader in plaats van moeder, is het resultaat een compleet andere neurologische aandoening genaamd Prader-Willi-syndroom.

Er zijn er twee nodig

Sommige dieren kunnen solo voortplanten. De meeste van deze gevallen zijn wanneer een vrouw zich voortplant zonder een mannetje, een proces dat parthenogenese wordt genoemd. Op deze manier kunnen verschillende vissen, reptielen en amfibieën zich voortplanten. Slechts één vis (Danio rerio) staat erom bekend alleen met mannetjes te reproduceren, en alleen onder bepaalde laboratoriumomstandigheden, zei Baoyang Hu van de Chinese Academy of Sciences, een andere senior auteur van het nieuwe artikel..

De onderzoekers achter de nieuwe studie wilden begrijpen waarom zoogdieren zich niet alleen kunnen voortplanten. Om te beginnen gingen ze op zoek naar wat er nodig is om parthenogenese bij zoogdieren te creëren. Ze gebruikten muizenstamcellen die zo zijn ontworpen dat ze slechts één set moederlijke chromosomen hebben, zoals een ei, en injecteerden ze in een normale eicel om een ​​embryo te creëren met twee sets moederlijk DNA. Vervolgens hebben ze het resulterende embryo overgebracht naar een draagmoeder.

Om een ​​levensvatbaar embryo te creëren, moesten de onderzoekers drie geprinte segmenten van het genoom uit de gemanipuleerde stamcellen verwijderen. De resulterende muizen leken normaal, hoewel Li vertelde dat de muizen slechts een beperkte tijd onder experimentele omstandigheden werden getest, en dus waren ze misschien niet zo gezond als muizen die op de ouderwetse manier produceerden..

Maar muizen met twee moeders zijn niets nieuws; soortgelijke muizen met twee moeders werden voor het eerst geproduceerd in 2004, schreven de auteurs. [Hoe werken DNA-tests voor voorouders echt?]

Dus kwamen ze bij een moeilijker probleem: muizen maken met twee vaders. Dat is maar één keer gedaan, door onderzoekers van het M.D. Anderson Cancer Center in Texas. In dat geval creëerden onderzoekers mannelijke stamcellen met X-chromosomen maar zonder Y-chromosomen en injecteerden ze in vrouwelijke blastocysten, het vroege ontwikkelingsstadium waarin sommige cellen zijn gedifferentieerd tot specifieke typen. Ze lieten die vrouwtjes vervolgens uitgroeien tot volwassenen. Vervolgens paren ze de vrouwtjes die alleen mannelijk X-DNA droegen met mannetjes, waardoor ze nakomelingen creëerden die alleen genen van twee vaders droegen.

Vaders alleen

Deze keer wilden de onderzoekers zien of ze muizen konden maken met twee vaders zonder de tussenstap van een genetisch gemanipuleerd vrouwtje, vertelde Hu. Om dit te doen, injecteerden ze een zaadcel en stamcellen met alleen vaderlijk DNA in een eicel waarvan de kern (en dus al het moederlijke DNA) was verwijderd. Vervolgens haalden ze stamcellen eruit, die in staat zijn om elke cel in het lichaam te worden die zich in het resulterende embryo heeft ontwikkeld. Die stamcellen werden vervolgens in een aparte blastocyst gedaan. De blastocyst was nodig om een ​​placenta te ontwikkelen, zei Hu. Ten slotte werd deze met stamcellen geïnjecteerde blastocyst in de baarmoeder van een surrogaatmoeder gebracht.

"Voor zover wij weten, is het de eerste keer dat er bi-vaderlijke muizen met twee directe vaders zijn geproduceerd," vertelde Hu. .

Maar het ging niet goed met de muizen. Succesvolle geboorten waren inderdaad in de minderheid. Van de 1.023 pogingen werden slechts 12 levende pups geboren. En de pups waren niet normaal. Ze waren opgezwollen van het vocht en meer dan twee keer zo groot als gewone muizenpups. Ze hadden allemaal moeite om te voeden en te ademen en stierven kort na de geboorte.

"Mensen lopen hiermee voor op de wetenschap om te zeggen dat er een mogelijkheid is dat twee mannen mogelijk een kind krijgen," vertelde Mann. "Dit is nog ver weg."

Wat de studie wel doet, is een hint waarom parthenogenese in de natuur vaker voorkomt dan alleen mannelijke reproductie. De onderzoekers moesten zeven ingeprinte gebieden van het genoom verwijderen om de reproductie alleen voor mannen te laten werken, vier meer dan ze moesten verwijderen voor vrouwen. (Het extra verlies van genetisch materiaal zou kunnen verklaren waarom de muizen met twee vaders zo abnormaal waren, zei Mann.)

In de toekomst kan de methode worden gebruikt om de effecten van imprinting op verschillende ontwikkelingsstoornissen nader te bestuderen, zei senior onderzoeker Qi Zhou, ook van de Chinese Academy of Sciences. De muizen zouden kunnen worden gebruikt om genetische modificaties te testen die erfelijke aandoeningen zouden kunnen corrigeren, zei Zhou.

Oorspronkelijk gepubliceerd op .