Japonski znanstveniki so prišli do pomembnega odkritja na področju reprodukcijske medicine. Iz celic mišjih samcev so uspeli izdelati jajčno celico, ki so jo nato uspešno oplodili in iz nastalih zigot so se razvili zdravi mladiči.
Spolne celice, kot so jajčeca in spermiji, se pri miših in ljudeh razvijejo iz primordialnih zarodnih celic. Začetna diferenciacija teh zarodnih celic v jajčeca ali spermije ni odvisna od spolnih kromosomov, ampak od kemijskih signalov, ki jih zarodne celice prejemajo od okoliških celic v jajčnikih oziroma testisih. Vendar je prisotnost ustreznih spolnih kromosomov nujna za končne faze dozorevanja v ženske ali moške spolne celice.
Predhodno so znanstveniki že uspeli in vitro vzgojiti ženske in moške spolne celice iz embrionalnih matičnih celic. Najprej so diferencirali primordialne zarodne celice iz embrionalnih matičnih celic in jih nato v ko-kulturi s celicami ovarijev oziroma testisov vzgojili v jajčeca oziroma spermije. Vendar so ugotovili, da če moške primordialne zarodne celice s kariotipom oziroma naborom kromosomov XY vzgajamo v ko-kulturi z ovarijskimi celicami, se ne bodo razvile v jajčeca, če pa na enak način gojimo ženske primordialne zarodne celice s kariotipom XX, se bodo v enakih pogojih razvile v zrela jajčeca.
Znanstvenikom je uspelo iz embrionalnih matičnih celic mišjih samcev pridobiti jajčne celice, ker so izkoristili zanimivo lastnost embrionalnih matičnih celic, da so po daljšem gojenju in vitro nagnjene k izgubi Y kromosoma. Za spremljanje števila X kromosomov v celicah so uporabili genski inženiring, pri čemer so dodali gen za rdeči fluorescenčni protein v X kromosome celic. Izgubo Y kromosoma pa so ugotovili z uporabo verižne reakcije s polimerazo (PCR), pri čemer so pomnožili regije, ki so značilne samo za Y kromosom.
Najprej so iz mišjih embrijev moškega spola izolirali embrionalne matične celice, ki so jih nato gojili v kulturi dlje časa. Med gojenjem se je pri 6% celic pojavila izguba Y kromosoma. Nato so tem celicam s kariotipom (X0) dodali učinkovino reverzin, ki inhibira mitotsko kinazo Mps1. Ta postopek povečuje verjetnost, da se pri celični delitvi sestrski kromatidi X kromosoma ne ločita pravilno in ostaneta v isti celici. Tako so iz dela X0 celic, ki so že prej izgubile Y kromosom, nastale XX celice s podvojenim X kromosomom. Te XX embrionalne matične celice so nato diferencirali v primordialne zarodne celice in jih gojili v ko-kulturi z ovarijskimi celicami, da so dobili zrele mišje jajčne celice.
Nato so pridobljene jajčne celice in vitro oplodili s spermo divjega tipa in nastale zarodke prenesli v mišjo samico, kjer so se razvili v žive mladiče. Ta postopek je omogočil rojstvo bioloških potomcev dveh mišjih samcev. Podoben postopek so raziskovalci uspeli izvesti tudi z induciranimi pluripotentnimi matičnimi celicami (iPSC), ki jih lahko pridobimo iz katerekoli telesne celice odraslega organizma s posebnimi postopki reprogramiranja. Čeprav so uspeli pridobiti zrele jajčne celice iz iPSC, pa jim ni uspelo vzgojiti živih zarodkov.
Omenjeni postopek ima velik potencial za zdravljenje različnih oblik neplodnosti, na primer pri moških s kromosomsko okvaro Klinefelterjev sindrom (kariotip XXY), hkrati pa bi omogočil istospolnim parom, da imajo biološke potomce. Poleg tega bi lahko preprečili tudi izumrtje nekaterih ogroženih živalskih vrst. Vendar postopek še ni dovolj tehnično izpopolnjen, da bi ga lahko uporabljali v te namene. Glavni izziv je nizka učinkovitost postopka, ki je povezana z nizkim preživetjem mladičev.
Med postopkom je 30% embrionalnih matičnih celic, ki so jim uspeli spremeniti kariotip v XX, dozorelo v jajčeca. Od teh jajčec so jih uspešno oplodili 40%, vendar se je samo 1% tako nastalih zarodkov rodilo živih. Vzrok za nizko viabilnost zarodkov ni povsem jasen, vendar se domneva, da bi lahko bil povezan z različnim imprintingom posameznih genov v moškem in ženskem genomu. Nekateri geni namreč niso aktivni na obeh homolognih kromosomih. Nekateri so utišani v materinem genomu, drugi pa v očetovem genomu. Zarodki, ki so ustvarjeni na opisani način, lahko zato prejmejo dve aktivni kopiji nekega gena namesto ene (prekomerno izražanje gena) ali pa nobene aktivne kopije gena (prenizko izražanje gena), kar lahko privede do smrti zarodka.
Viri
- Eggs made from male mouse stem cells using error-prone culture, Nature 615, 805-807 (2023) doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-00755-1
- Murakami, K., Hamazaki, N., Hamada, N. et al. Generation of functional oocytes from male mice in vitro. Nature 615, 900–906 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-05834-x
