Ученые преодолели эпигенетические барьеры клонирования с помощью двухэтапного подхода
Международная группа исследователей повысила жизнеспособность мышей, клонированных с помощью метода переноса ядра соматической клетки (SCNT), путем стимуляции двух эпигенетических факторов. Это показало, что для эффективного создания клонированных животных необходима дальнейшая работа в области эпигенетики. Также был обнаружен ключевой эпигенетический механизм, который, по-видимому, является основным препятствием для развития плода после имплантации.
Клонированные животные, такие как овца Долли, создаются с помощью SCNT: ядро обычной клетки тела с ДНК донора пересаживается в яйцеклетку, которая перепрограммируется в тотипотентную клетку. Однако успешность этого процесса крайне низка: для создания Долли процедуру пришлось повторить более 277 раз.
Недавние исследования показали, что ключевую роль в нарушении развития клонов играют эпигенетические факторы — изменения химических модификаций ДНК или гистоновых белков, а не самого генетического кода. Было выявлено два основных барьера:
- Гистоновая модификация H3K9me3 — её удаление с помощью инъекции деметилазы Kdm4d улучшает успешность имплантации эмбрионов.
- РНК Xist — в норме экспрессируется только с отцовской X-хромосомы, но при SCNT экспрессируется с обеих, что вызывает проблемы после имплантации.
Из-за этих барьеров успешно развиваются только около 1% SCNT-эмбрионов мышей.
В новом исследовании, опубликованном в Cell Stem Cell, ученые объединили оба подхода: использовали клетки с нокаутированным геном Xist и инъецировали мРНК Kdm4d. Эта комбинация позволила довести до срока около 20% имплантированных эмбрионов.
Работа также показала, что даже успешно имплантированные эмбрионы часто имели аномалии, препятствующие нормальному развитию, включая аномалии плаценты. Исследования выявили, что, хотя общий уровень эпигенетических меток у оплодотворенных и SCNT-эмбрионов схож, существуют различия в специфических генах, заглушаемых метилированием. Кроме того, был обнаружен специфический набор генов, которые у оплодотворенных эмбрионов экспрессируются только с материнской хромосомы, а у SCNT-эмбрионов — с обеих родительских хромосом. Эти гены участвуют в развитии плода и плаценты, что, вероятно, объясняет сбои в развитии после имплантации.
По словам Сёго Матоба из RIKEN BioResource Research Center, первого автора исследования: «Эта работа определенно показывает, что для дальнейшего повышения эффективности SCNT необходимо модулировать эпигенетические модификации. Мы добились хорошего прогресса и определили ключевой набор генов, который, как мы полагаем, препятствует правильному развитию плода после имплантации. Мы продолжим исследования, чтобы найти способы преодоления этого барьера, что, надеемся, приведет к еще большей эффективности клонирования».