Så här skapade forskare möss med två pappor

För första gången har forskare direkt skapat möss med två pappor.

Mössen kunde inte överleva i mer än en dag eller så efter födseln, men att koxa ett embryo tillverkat av DNA från två pappor hela tiden genom fostrets utveckling var ingen liten prestation. Det var mycket svårare, fann forskarna, än att göra möss med två mammor.

Resultaten hjälper till att förklara varför däggdjur inte kan reproducera sig med endast en ensamstående förälder. De kan också hjälpa till att förklara varför de djur som kan återge sig ensamma, som vissa amfibier, nästan alltid är kvinnliga. [10 fantastiska saker som forskare just gjorde med CRISPR]

Barriären för reproduktion av ensex kön, säger författare Wei Li, en stamcellsforskare vid kinesiska vetenskapsakademin, är något som kallas genomisk avtryckning, eller molekylär märkning av DNA som reglerar hur instruktionerna i genomet utförs . Men den nya studien, publicerad online 11 oktober i tidskriften Cell Stem Cell, avslöjar att barriären kan korsas.

Föräldraavtryck

Genomisk prägling är känd för att vara viktig för embryonal utveckling, men exakt hur det fungerar och vad som styr det är en "svart låda", säger Mellissa Mann, en forskare inom reproduktionsvetenskap vid University of Pittsburgh School of Medicine och Magee-Women's Research Institutet som inte deltog i den nya studien.

Vid sexuell reproduktion ärver varje avkomma hälften av sitt DNA från sin mamma och hälften från sin pappa. Men DNA från varje förälder har unika molekylär etiketter som läggs till under bildandet av det ursprungliga spermierna och ägget. Dessa taggar är instruktionerna som dikterar om en gen uttrycks eller förblir vilande.

"Du kan ärva en kopia av en specifik gen från mamma, och den genen med dessa molekylära" märken "skulle möjliggöra transkriptionen för att utföra sin funktion," sa Mann. "Men samma gen från pappa skulle ha olika taggar och förhindra att den uttrycks."

Dessa taggar har många verkliga konsekvenser. De är avgörande för tidig embryonal utveckling, sa Mann. Tidigare studier har funnit att när forskare försöker konstruera avkomma från två spermier, misslyckas embryot med att utvecklas, medan cellerna som växer morkakan blomstrar; avkomma från två ägg resulterar i ett utvecklande embryo och en morkaka som inte växer. [5 orsaker till att moderkakan är fantastisk]

Det finns också genetiska störningar som beror på genomisk intryck. Angelman syndrom, en neurologisk störning som orsakar intellektuell funktionsnedsättning och kramper, orsakas av en mutation av UBE3A genen på mammans kromosom. När samma genmutation överförs av pappa istället för mamma är resultatet en helt annan neurologisk störning som kallas Prader-Willi-syndrom.

Det krävs två

Vissa djur kan reproducera solo. De flesta av dessa fall är när en kvinna reproducerar sig utan en hane, en process som kallas parenogenes. Olika fiskar, reptiler och amfibier kan reproducera sig på detta sätt. Endast en fisk (Danio rerio) är känt för att reproducera med män ensam, och endast under vissa laboratorieförhållanden, sa Baoyang Hu från Chinese Academy of Sciences, en annan äldre författare till den nya uppsatsen.

Forskarna bakom den nya studien ville förstå varför däggdjur inte kan reproducera ensam. Så för att börja, satte de sig för att se vad som krävs för att skapa parthenogenes hos däggdjur. De använde musstamceller konstruerade för att endast ha en uppsättning moderkromosomer, som ett ägg, och injicerade dem i en normal äggcell för att skapa ett embryo med två uppsättningar av moder-DNA. De överförde sedan det resulterande embryot till en surrogatmor.

För att skapa ett livskraftigt embryo var forskarna tvungna att ta bort tre intryckta segment av genomet från de konstruerade stamcellerna. De resulterande mössen verkade normala, även om Li berättade att mössen testades under endast en begränsad tid under experimentella förhållanden, och därför kan de inte ha varit så friska som att möss producerade på gammaldags sätt.

Men möss med två mammor är inget nytt; liknande möss med två mammor producerades först 2004, skrev författarna. [Hur fungerar Ancestry-DNA-test verkligen?]

Så de vred sig till ett svårare problem: Att skapa möss med två pappor. Det har gjorts bara en gång av forskare vid M. Anderson Cancer Center i Texas. I så fall skapade forskare manliga stamceller med X men inga Y-kromosomer, injicerade dem i kvinnliga blastocyster, det tidiga utvecklingsstadiet där vissa celler har differentierat till specifika typer. De låter sedan dessa kvinnor utvecklas till vuxna. De parade sedan kvinnorna som bar bara manligt X-DNA med män och skapade avkommor som bar bara gener från två pappor.

Pappor ensam

Den här gången ville forskarna se om de kunde göra möss med två pappor utan mellansteget av en genetiskt manipulerad kvinna, berättade Hu. För att göra det, injicerade de en spermiercell och stamceller med endast faderns DNA i en äggcell som hade dess kärna (och därmed hela dess moder-DNA) tagits bort. De extraherade sedan stamceller, som kan bli vilken cell som helst i kroppen, som utvecklats i det resulterande embryot. Dessa stamceller placerades sedan i en separat blastocyst. Blastocysten var nödvändig för att utveckla en morkaka, sade Hu. Slutligen placerades denna stamcellinjicerade blastocyst i livmodern till en surrogatmor.

"Så vitt vi vet är det första gången som tvåfaderliga möss med två direkta fäder har producerats," berättade Hu .

Men mössen gick inte bra. Faktum är att framgångsrika födelser var i minoritet. Av 1 023 försök föddes bara 12 levande valpar. Och valparna var inte normala. De var svullna av vätskor och mer än dubbelt så stora som vanliga mössungar. Alla kämpade för att amma och andas och dog strax efter födseln.

"Folk går framför vetenskapen med detta för att säga att det finns en potential som två män potentiellt kan få ett barn," sa Mann. "Det här är väldigt långa vägar."

Vad studien gör är dock antydan till varför parthenogenes är vanligare i naturen än reproduktion endast av män. Forskarna var tvungna att ta bort sju intryckta regioner i genomet för att göra reproduktion av män bara, fyra fler än de var tvungna att ta bort för kvinnor. (Den ytterligare förlusten av genetiskt material kan förklara varför mössen med två fäder var så onormala, sa Mann.)

I framtiden kan metoden användas för att närmare studera effekterna av avtryck på olika utvecklingsstörningar, säger studieförfattaren Qi Zhou, också från den kinesiska vetenskapsakademin. Mössen kan användas för att testa genetiska modifieringar som kan korrigera ärftliga störningar, sade Zhou.

Ursprungligen publicerad den .