Преодоление барьера геномного импринтинга повышает эффективность клонирования млекопитающих

Технология переноса ядра соматической клетки (SCNT, или клонирование) имеет большой потенциал в животноводстве и регенеративной медицине. Однако крайне низкая эффективность и частые аномалии у клонированных эмбрионов ограничивают развитие и применение этой технологии. Хотя клонированные эмбрионы содержат полную последовательность геномной ДНК, множественные эпигенетические барьеры являются ограничивающими факторами эффективности клонирования.

Исследователи из Института зоологии и Института генетики и биологии развития Китайской академии наук экспериментально показали, что исправление неканонического импринтинга, опосредованного H3K27me3, может значительно повысить эффективность клонирования.

Импринтинг — это явление, при котором некоторые гены экспрессируют только одну копию, полученную либо от матери, либо от отца, но не обе.

В этом исследовании было обнаружено, что гены, зависимые от импринтинга H3K27me3, имели аномальную биаллельную экспрессию в плаценте клонированных эмбрионов после имплантации. Это отличалось от моноаллельной экспрессии этих генов в нормальных эмбрионах из оплодотворённых яйцеклеток, что указывает на возможный эпигенетический барьер для клонирования животных.

Для экспериментальной проверки исследователи создали соматические клетки с моноаллельной делецией четырёх основных генов импринтинга H3K27me3 (Sfmbt2, Gab1, Smoc1 и Jade1), используя технологию гаплоидных эмбриональных стволовых клеток:

1. Гены были удалены в гаплоидных эмбриональных стволовых клетках с помощью редактирования генома CRISPR/Cas9.
2. Эти клетки использовали в качестве искусственных сперматозоидов для получения мышей с моноаллельной делецией этих генов, что имитировало их импринтированный статус экспрессии.

Ключевой результат: используя фибробласты от этих мышей, исследователи достигли эффективности клонирования до 14.2% (по сравнению с 0% для фибробластов дикого типа). Кроме того, долгосрочные дефекты — чрезмерный рост плаценты и тела у клонированных животных — также были в значительной степени устранены у этих клонированных мышей.

Выводы исследования:

• Дефект импринтинга, опосредованного H3K27me3, является важным эпигенетическим барьером при клонировании млекопитающих.
• Установлен изящный подход для преодоления этого барьера.
• Результаты открывают новый путь для улучшения технологии SCNT у различных видов млекопитающих.

Исследование «Overcoming intrinsic H3K27me3 imprinting barriers improves post-implantation development after somatic cell nuclear transfer» опубликовано в журнале Cell Stem Cell 18 июня 2020 года.