Может ли мама стать папой?
С молекулярно-генетической точки зрения мама вполне может стать папой, а папа – мамой. Правда, для этого понадобятся недюжинные усилия со стороны специалистов в эмбриологии и молекулярной биологии.
Как мы все прекрасно знаем, для продолжения рода зверям нужно соединить сперматозоид с яйцеклеткой. После оплодотворения в яйце появится двойной набор хромосом, от отца и от матери, со всей необходимой для развития организма информацией. Однако, как мы опять же знаем, в природе есть примеры, когда эмбрион прекрасно развивается без оплодотворения, только на одном лишь материнском наследственном материале. Это называется партеногенез, и встречается он у насекомых, рыб, рептилий, даже у птиц. Более того, существует еще так называемый мужской партеногенез, когда собственное ядро женской половой клетки со всеми материнскими хромосомами исчезает, и развитием управляет только отцовский генетический материал, прибывший в яйцо с мужской половой клеткой. Но у млекопитающих ни мужского, ни обычного партеногенеза нет.
Почему зверям необходимо оплодотворение? Ведь в материнских хромосомах (тех, что изначально есть в яйцеклетке) находятся те же гены, что и в отцовских. Материнские и отцовские гены могут отличаться вариантами (аллелями) генов, но их набор всё-таки один и тот же. Значит, если судить по генам, то ничего нового сперматозоид в яйцеклетку не приносит, и в самой яйцеклетке есть все, что нужно для развития. То же самое верно и для сперматозоида. Но яйцеклетка сама по себе не может пройти эмбриогенез – очевидно, потому, что некоторые гены по какой-то причине не работают. И если заменить в ней собственное ядро на ядро сперматозоида, то будет то же самое – яйцеклетка может начать делиться, но эмбриональное развитие до конца не дойдет.
Проблема в том, что многие гены действительно молчат, причем у тех, которые молчат на материнских хромосомах, есть работающие копии на отцовских, и наоборот. Молчат они потому, что на ДНК, где записаны эти гены, сидят особые химические метки, которые не дают работать с ДНК белкам, что занимаются считыванием генетической информации. Такая ситуация, когда активность гена зависит от того, от какого родителя он пришел, называется генным импринтингом.
Исследователи из Зоологического института и Института стволовых клеток и регенерации Китайской академии наук решили преодолеть генный импринтинг и попытаться вывести мышей, у которых оба родителя были бы самками или самцами. В 2012 и 2013 году они получили два вида эмбриональных стволовых клеток, у которых был одинарный (гаплоидный) хромосомный набор. «Женские» стволовые клетки получали, побуждая делиться неоплодотворённую яйцеклетку, «мужские» – заменяя в яйцеклетке ее собственное ядро на ядро сперматозоида и опять-таки побуждая такую яйцеклетку к делению. И у «женских», и «мужских» стволовых клеток был одинарный набор хромосом.
В следующих экспериментах «женские» стволовые клетки соединяли с яйцеклеткой. Это был некий аналог оплодотворения: две клетки с одинарным набором хромосом объединяли свой генетический материал, чтобы дать начало зародышу, только вместо сперматозоида использовали эмбриональную стволовую клетку с женским набором хромосом. Зародыш от двух матерей получался вполне жизнеспособным: мышата, которые появлялись потом на свет, впоследствии сами успешно размножались. Правда, такие мыши, рожденные от двух матерей, были меньше обычных.
В следующих экспериментах исследователи решили усовершенствовать таких мышей, а заодно сделать других, которые развивались бы только на мужском генетическом материале. Мы говорили, что генам не дают работать определенные химические метки на ДНК. С помощью методов генетического редактирования из ДНК гаплоидных стволовых клеток, предназначенных на роль сперматозоидов, удалили те области, на которых появляются запрещающие метки и которые важны для эмбрионального развития. Затем для яйцеклеток и стволовых клеток снова организовали оплодотворение: в одном случае гаплоидная стволовая клетка несла в себе женский генетический материал и сливалась с обычной яйцеклеткой, в другом – «мужская» стволовая клетка сливалась с яйцеклеткой, в которой ее собственное ядро перед тем заменяли на ядро сперматозоида (то есть во втором случае объединялись два мужских гаплоидных генома). Зародыши пересаживали суррогатным матерям.
Результаты всех этих изощрённых манипуляций описаны в статье в Cell Stem Cell. В случае эмбрионов с двойным женским набором хромосом из 210 на свет появились 14%, которые были вполне здоровы и плодовиты. В случае эмбрионов с двойным мужским набором хромосом до рождения дотянули лишь 1,2% из 1023, и почти все они были в два раза меньше обычных мышат. Такие детёныши, рожденные от двух отцов, умирали вскоре после рождения. Тем не менее, здесь примечателен сам факт, что хоть сколько-то эмбрионов со столь необычным генетически наследством появилось на свет; как видим, при определенных усилиях со стороны эмбриологов и молекулярных биологов мама может стать папой, а папа – мамой.
Вряд ли всё это пригодится для репродуктивной медицины, однако подобные манипуляции с эмбриональным развитием помогают лучше понять, как развиваются зародыши млекопитающих (наши в том числе), как отцовские и материнские варианты генов управляют развитием организма и как можно предотвратить патологии индивидуального развития, которые могут случиться из-за беспорядка в эмбриональных генах.
12 октября 2018
Статьи по теме:
