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使用干细胞和基因编辑在中国出生的同性父母的小鼠幼崽

中国科学院的研究人员能够与两位母亲一起生产健康的老鼠,这些母亲继续拥有自己的正常后代。来自两个父亲的小鼠也出生了,但只存活了几天。10月11日在“ 细胞干细胞 ”杂志上发表的这项研究着眼于对同性别动物产生后代的挑战,并提出使用干细胞和靶向基因编辑可以克服其中一些障碍。

使用干细胞和基因编辑在中国出生的同性父母的小鼠幼崽

“我们对为什么哺乳动物只能进行有性生殖这一问题感兴趣。过去我们通过结合繁殖和再生做了几个发现,所以我们试图找出有两个女性父母的正常老鼠,甚至是两只老鼠男性父母可以使用具有基因缺失的单倍体胚胎干细胞来生产,“共同资深作者齐周说。

虽然一些爬行动物,两栖动物和鱼类可以与同一性别的父母一起繁殖,但即使在施肥技术的帮助下,哺乳动物仍然难以做到这一点。在哺乳动物中,由于某些母系或父系基因在种系发育过程中通过称为基因组印记的机制被关闭,因此不接受母亲和父亲遗传物质的后代可能会出现发育异常或可能无法生存。通过从未成熟卵中删除这些印迹基因,研究人员在过去生产了两只母亲的双臂小鼠 - 小鼠。“然而,生成的老鼠仍然显示出有缺陷的特征,而且这种方法本身非常不实用且难以使用,”周说。

为了生产健康的双胞胎小鼠,周高,共同资深作者Baoyang Hu,共同资深作者Wei Li及其同事使用了单倍体胚胎干细胞(ESCs),它含有正常数量的染色体和DNA的一半来自父母和研究人员认为这是他们成功的关键。研究人员通过从含有雌性亲本DNA的单倍体胚胎干细胞中删除基因组的三个印记区域并将其注射到另一只雌性小鼠的卵子中,与两位母亲一起创建了小鼠。他们从210个胚胎中产生了29只活的小鼠。老鼠是正常的,活到成年,并有自己的婴儿。

使用单倍体胚胎干细胞的一个优点是,即使在有问题的基因被敲除之前,它们也包含较少的印记程序,最终导致母体或父本特异性基因被表达。“我们在这项研究中发现,单倍体胚胎干细胞与原始生殖细胞(卵子和精子的前体)更相似。配子中发现的基因组印记被'擦除',”胡说。

使用类似但更复杂的程序生产了12只具有两个遗传父亲的活的足月小鼠。修饰仅含有父本DNA的单倍体ESC,以删除七个关键的印迹区域。然后将编辑的单倍体胚胎干细胞与来自另一只雄性小鼠的精子一起注射到具有其细胞核的卵细胞中,从而去除其雌性遗传物质。这产生了仅含有来自两个雄性亲本的基因组DNA的胚胎。这些胚胎与胎盘材料一起转移到代孕母亲身上,后者将她们带到足月。

这些幼仔在出生后48小时内存活,但研究人员正计划改进这一过程,以使双胎小鼠活到成年期。2011年取得了类似的结果,但使用的方法依赖于第一个父亲的干细胞产生的女性中间人与第二个父亲交配。这种方法回避了基因组印记的问题,但如果要将此技术用于人类,则会出现道德和实际障碍。

Li指出,在其他哺乳动物中使用这些方法仍然存在障碍,包括需要识别每个物种独有的有问题的印迹基因以及对无法生存或经历严重异常的后代的关注。然而,他们希望将来在其他研究动物中探索这些技术。

“这项研究向我们展示了什么是可能的,”他说。“我们看到,在bimaternal小鼠的缺陷可以被消除,在哺乳动物中是bipaternal再现障碍,也可以通过压印修改交叉。我们还发现了一些阻碍发展的最重要的印迹区的小鼠与同性的父母,这是对于研究基因组印记和动物克隆也很有意思。“

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