Ecco come i ricercatori hanno creato topi con 2 papà

Per la prima volta, i ricercatori hanno creato direttamente topi con due papà.

I topi non sono stati in grado di sopravvivere per più di un giorno o giù di lì dopo la nascita, ma persuadere un embrione fatto dal DNA di due papà durante lo sviluppo fetale non è stata un'impresa da poco. È stato molto più difficile, hanno scoperto i ricercatori, che creare topi con due mamme.

I risultati aiutano a spiegare perché i mammiferi non possono riprodursi con un solo genitore. Possono anche aiutare a spiegare perché quegli animali che possono riprodursi da soli, come alcuni anfibi, sono quasi sempre femmine. [10 cose incredibili che gli scienziati hanno appena fatto con CRISPR]

La barriera alla riproduzione dello stesso sesso, ha detto l'autore senior dello studio Wei Li, ricercatore di cellule staminali presso l'Accademia cinese delle scienze, è qualcosa chiamato imprinting genomico, o l'etichettatura molecolare del DNA che regola il modo in cui vengono eseguite le istruzioni nel genoma. . Ma il nuovo studio, pubblicato online l'11 ottobre sulla rivista Cell Stem Cell, rivela che la barriera può essere superata.

Impronte genitoriali

L'imprinting genomico è noto per essere importante per lo sviluppo embrionale, ma esattamente come funziona e cosa lo controlla è una "scatola nera", ha detto Mellissa Mann, ricercatrice in scienze riproduttive presso l'Università di Pittsburgh School of Medicine e la Magee-Women's Research Istituto che non è stato coinvolto nel nuovo studio.

Nella riproduzione sessuale, ogni figlio eredita metà del proprio DNA da sua madre e metà da suo padre. Ma il DNA di ciascun genitore ha tag molecolari unici che vengono aggiunti durante la formazione dello sperma e dell'uovo originali. Questi tag sono le istruzioni che determinano se un gene è espresso o rimane dormiente.

"Si potrebbe ereditare una copia di un gene specifico dalla mamma, e quel gene con questi 'marchi' molecolari gli consentirebbe di essere trascritto per svolgere la sua funzione", ha detto Mann. "Ma lo stesso gene di papà avrebbe tag diversi, impedendone l'espressione".

Questi tag hanno molte conseguenze nel mondo reale. Sono fondamentali nello sviluppo embrionale precoce, ha detto Mann. Precedenti studi hanno scoperto che quando gli scienziati cercano di creare prole da due spermatozoi, l'embrione non riesce a svilupparsi, mentre le cellule che crescono nella placenta prosperano; la prole di due uova si traduce in un embrione in via di sviluppo e in una placenta che non riesce a crescere. [5 motivi per cui la placenta è sorprendente]

Esistono anche malattie genetiche che dipendono dall'imprinting genomico. La sindrome di Angelman, un disturbo neurologico che causa disabilità intellettiva e convulsioni, è causata da una mutazione del UBE3A gene sul cromosoma della madre. Quando la stessa mutazione genetica viene trasmessa da papà invece che da mamma, il risultato è un disturbo neurologico completamente diverso chiamato sindrome di Prader-Willi.

Ce ne vogliono due

Alcuni animali sono in grado di riprodursi da soli. La maggior parte di questi casi si verifica quando una femmina si riproduce senza un maschio, un processo chiamato partenogenesi. Vari pesci, rettili e anfibi possono riprodursi in questo modo. Un solo pesce (Danio rerio) è noto per riprodursi solo con i maschi e solo in determinate condizioni di laboratorio, ha detto Baoyang Hu dell'Accademia cinese delle scienze, un altro autore senior del nuovo articolo.

I ricercatori dietro il nuovo studio volevano capire perché i mammiferi non possono riprodursi da soli. Quindi, per iniziare, hanno deciso di vedere cosa serve per creare la partenogenesi nei mammiferi. Hanno usato cellule staminali di topo progettate per avere un solo set di cromosomi materni, come un uovo, e le hanno iniettate in una normale cellula uovo per creare un embrione con due serie di DNA materno. Hanno quindi trasferito l'embrione risultante in una madre surrogata.

Per creare un embrione vitale, i ricercatori hanno dovuto eliminare tre segmenti impressi del genoma dalle cellule staminali ingegnerizzate. I topi risultanti sembravano normali, anche se Li ha detto che i topi sono stati testati solo per un periodo limitato in condizioni sperimentali, e quindi potrebbero non essere stati sani come i topi prodotti alla vecchia maniera.

Ma i topi con due mamme non sono una novità; topi simili con due mamme sono stati prodotti per la prima volta nel 2004, hanno scritto gli autori. [Come funzionano davvero i test del DNA di Ancestry?]

Quindi, si sono rivolti a un problema più difficile: creare topi con due papà. È stato fatto solo una volta, dai ricercatori del M.D. Anderson Cancer Center in Texas. In quel caso, i ricercatori hanno creato cellule staminali maschili con cromosomi X ma non Y, le hanno iniettate in blastocisti femminili, la fase iniziale di sviluppo in cui alcune cellule si sono differenziate in tipi specifici. Poi hanno lasciato che quelle femmine si trasformassero in adulti. Hanno quindi accoppiato le femmine che trasportavano solo X-DNA maschile con i maschi, creando una prole che trasportava solo geni di due papà.

Papà da solo

Questa volta, i ricercatori volevano vedere se potevano creare topi con due papà senza il passaggio intermedio di una femmina geneticamente modificata, ha detto Hu. Per fare ciò, hanno iniettato uno spermatozoo e cellule staminali con solo DNA paterno in una cellula uovo a cui è stato rimosso il suo nucleo (e quindi tutto il suo DNA materno). Hanno quindi estratto le cellule staminali, che sono in grado di diventare qualsiasi cellula del corpo, che si è sviluppata nell'embrione risultante. Quelle cellule staminali sono state poi inserite in una blastocisti separata. La blastocisti era necessaria per sviluppare una placenta, ha detto Hu. Alla fine, questa blastocisti iniettata con cellule staminali è stata inserita nell'utero di una madre surrogata.

"Per quanto ne sappiamo, è la prima volta che vengono prodotti topi bi-paterni con due padri diretti", ha detto Hu .

Ma i topi non se la passavano bene. In effetti, le nascite riuscite erano in minoranza. Di 1.023 tentativi, sono nati solo 12 cuccioli vivi. E i cuccioli non erano normali. Erano gonfi di liquidi e più del doppio dei normali cuccioli di topo. Tutti loro hanno lottato per nutrirsi e respirare e sono morti subito dopo la nascita.

"Le persone stanno anticipando la scienza con questo per dire che c'è un potenziale che due maschi potrebbero potenzialmente avere un figlio", ha detto Mann. "Questo è molto lontano."

Ciò che lo studio fa, tuttavia, è un accenno al motivo per cui la partenogenesi è più comune in natura rispetto alla riproduzione esclusivamente maschile. I ricercatori hanno dovuto eliminare sette regioni impresse del genoma per far funzionare la riproduzione solo maschile, quattro in più rispetto a quelle che dovevano eliminare per le femmine. (L'ulteriore perdita di materiale genetico potrebbe spiegare perché i topi con due padri erano così anormali, ha detto Mann.)

In futuro, il metodo può essere utilizzato per studiare più da vicino gli effetti dell'imprinting su vari disturbi dello sviluppo, ha detto l'autore senior dello studio Qi Zhou, anche dell'Accademia cinese delle scienze. I topi potrebbero essere utilizzati per testare modifiche genetiche che potrebbero correggere malattie ereditarie, ha detto Zhou.

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