Mysz Kaguya

Wstęp

Mysz Kaguya, znana jako pierwszy ssak powstały z połączenia materiału genetycznego dwóch samic, jest niezwykle ważnym osiągnięciem w dziedzinie biologii i embriologii. Urodzona 3 lutego 2003 roku, Kaguya żyła przez 793 dni, co czyni ją wyjątkowym przypadkiem w badaniach nad partenogenezą, czyli rozmnażaniem bez udziału samca. Jej historia nie tylko rozbudza zainteresowanie wśród naukowców, ale także stawia pytania dotyczące podstawowych zasad rozwoju embrionalnego u ssaków. W artykule tym przyjrzymy się bliżej temu fascynującemu stworzeniu oraz eksperymentom, które doprowadziły do jej narodzin.

Co to jest partenogeneza?

Partenogeneza to forma reprodukcji, w której zarodek rozwija się z niezapłodnionego jajeczka. Zjawisko to występuje powszechnie w świecie roślin, owadów oraz niektórych gadów. W przypadku ssaków jednak proces ten napotyka poważne przeszkody. Normalny rozwój zarodków ssaków wymaga zarówno matczynego, jak i ojcowskiego materiału genetycznego. Embriony zawierające jedynie matczyny genom obumierają na bardzo wczesnym etapie rozwoju – u myszy w przeciągu 10 dni, a u owcy czy świni w około 21 dni. Problem ten jest związany z tzw. imprintingiem genomicznym, który reguluje ekspresję genów w zależności od ich pochodzenia rodzicielskiego. To właśnie te mechanizmy sprawiają, że badania nad partenogenezą u ssaków są tak trudne i wymagają zaawansowanych technologii.

Przebieg eksperymentu

Kaguya była wynikiem skomplikowanego eksperymentu przeprowadzonego przez zespół naukowców pod kierownictwem Tomohiro Kono z Tokyo University of Agriculture. Badacze skupili się na modyfikacji genetycznej myszy, aby zwiększyć aktywność genu Igf2 i monoalleliczną ekspresję genu H19 w partenogenetycznych zarodkach. Aby osiągnąć ten cel, stworzono zmodyfikowane genetycznie myszy, które miały delecję o wielkości 13 kb w jednostce transkrypcyjnej genu H19. Dzięki tej delecji możliwe stało się uzyskanie ekspresji genu Igf2.

W tradycyjnym rozwoju zarodków ekspresji ulega matczyna kopia genu H19 i ojcowska kopia genu Igf2. W przypadku embrionu zawierającego jedynie ojcowskie chromosomy ekspresja H19 jest wyciszona, co prowadzi do nieprawidłowego rozwoju. Z kolei embriony wyłącznie z matczynymi chromosomami mają wyciszony gen Igf2 i również obumierają z powodu niedorozwoju tkanek pozazarodkowych.

Aby przeprowadzić doświadczenie, badacze użyli komórek CCE ES oraz dokonali fuzji oocytów diplotenowych z oocytami pozbawionymi jąder. Po rekonstrukcji oocytów hodowano je przez 14 godzin do osiągnięcia stadium metafazy II, następnie jądra przeniesiono do owulowanych oocytów. Ostatecznie uzyskane embriony wszczepiono do macic samic myszy, co prowadziło do narodzin Kaguya oraz jej siostry.

Analiza fenotypów myszy Kaguya

Po narodzinach Kaguya oraz jej siostry przeprowadzono szczegółowe analizy ich fenotypów. Okazało się, że fenotypy myszy partenogenetycznych były podobne do grupy kontrolnej; jednakże masa ich łożysk była znacznie mniejsza niż u myszy kontrolnych. Mimo tego masa urodzeniowa myszy Kaguya była zbliżona do masy myszy z grupy kontrolnej.

Badania histopatologiczne wykazały niedorozwój wątroby oraz atrofię łożyska u opóźnionych w rozwoju młodych, co jednak nie wpływało na ich funkcjonalność. Mimo że masa urodzeniowa ciała była znacząco mniejsza niż masa myszy kontrolnych, Kaguya i jej siostra przetrwały pierwsze dni życia i były monitorowane przez naukowców.

Ekspresja genów a rozwój Kaguya

Ekspresja genów była kluczowym elementem analizy rozwoju Kaguya oraz jej siostry. Badania techniką mikromacierzy oligonukleotydowych ujawniły, że wszystkie analizowane geny podlegające piętnowaniu u myszy partenogenetycznych wykazywały ekspresję na znormalizowanym poziomie. Dwa z tych genów – Grb10 i Nnat – wykazywały odpowiednio dwukrotnie zwiększoną lub zmniejszoną ekspresję w porównaniu do grupy kontrolnej.

Dodatkowo analiza ilościowa RT-PCR wykazała różnice w ekspresji genów IGF2 i H19 pomiędzy myszami partenogenetycznymi a kontrolnymi. Gen Gtl2 był eksprymowany na poziomie dwa – cztery razy wyższym u osobników opóźnionych w rozwoju niż w grupie kontrolnej. Odkrycia te sugerują, że spadek ekspresji Gtl2 oraz aktywacja Dlk1 mogły mieć wpływ na normalny rozwój Kaguya.

Pojawienie się Kaguya jako symbolu badań nad partenogenezą

Kaguya stała się symbolem postępów nauki w dziedzinie embriologii i genetyki. Jej narodziny dostarczyły dowodów na to, że można osiągnąć sukces w rozmnażaniu partenogenetycznym ssaków poprzez odpowiednie manipulacje genetyczne oraz zrozumienie mechanizmów imprintingu genomicznego. Wyniki badań zostały opublikowane na łamach prestiżowego czasopisma „Nature” w kwietniu 2004 roku i wzbudziły ogromne zainteresowanie społeczności naukowej.

Pojawienie się Kaguya otworzyło nowe możliwości badań nad potencjalnymi zastosowaniami partenogenezy w medycynie regeneracyjnej oraz biologii komórkowej. Choć temat ten nadal wymaga dalszych badań, odkrycia związane z Kaguya dają nadzieję na przyszłość pełną innowacji.

Zakończenie

Mysz Kagu

Artykuł sporządzony na podstawie: Wikipedia (PL).