Мыши от двух отцов раскрывают скрытые детали размножения млекопитающих

Исследователи из Шанхайского университета Цзяо Тун получили фертильных взрослых мышей из эмбрионов, созданных исключительно из мужского генетического материала. Мыши, несущие только отцовскую ДНК, развились в фертильных взрослых особей после прецизионного редактирования семи импринтинг-контролирующих регионов, что подтвердило геномный импринтинг как ключевое препятствие для униродительского развития млекопитающих.

Попытки обойти репродуктивную симметрию и создать эмбрионы только с материнским или отцовским геномом ранее терпели неудачу. Хотя с двумя материнскими геномами был достигнут некоторый успех, попытки с использованием только отцовской ДНК давали эмбрионы, редко выживавшие после ранней стадии беременности.

В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, учёные сконструировали андрогенетические эмбрионы, чтобы исправить специфические эпигенетические метки с помощью CRISPR-редактирования.

Исследователи реконструировали 587 диплоидных андрогенетических эмбрионов, введя пары головок сперматозоидов от двух мышей в энуклеированные ооциты, что привело к образованию 277 бластоцист. Их перенесли 18 псевдобеременным мышам.

Из 259 имплантированных бластоцист родилось три живых детёныша. Двое выжили до взрослого состояния, демонстрировали нормальные размеры и поведение и дали здоровое потомство. Анализ метилирования подтвердил коррекцию всех семи целевых импринтинг-контролирующих регионов (ICRs) у выживших взрослых особей. Третий детёныш, умерший вскоре после рождения, показал гипометилирование в ICR гена Igf2r.

Восстановление паттернов импринтинга привело к улучшению уровней экспрессии для большинства импринтированных генов, связанных с целевыми ICRs, на основе количественной ПЦР у эмбрионов E13.5. Аллель-специфичный анализ экспрессии показал моноаллельную экспрессию для некоторых импринтированных генов лишь у части эмбрионов, что говорит о редкости успешного совместного редактирования всех ICRs.

Выживание до поздней стадии беременности коррелировало с более полным ремоделированием метилирования. Из четырёх андрогенетических плодов E16.5, полученных в последующем эксперименте, у двух были полностью скорректированные ICRs, а у других — по два аномально метилированных региона. Среди эмбрионов, отредактированных контрольными gRNA, жизнеспособных плодов не обнаружили.

Способность получить живых фертильных мышей от двух отцовских геномов открывает новые пути в репродуктивной биологии и генетике развития. Низкий процент успеха указывает на потенциально неизвестные элементы импринтинга, и для полного картирования соответствующих регионов требуется больше исследований.

Авторы делают вывод, что геномный импринтинг представляет собой критический контрольный пункт развития, который можно обойти с помощью точного эпигенетического инжиниринга.