Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • medtech
  • ММИФ-2018
  • Vitacoin

Генотерапия митохондриальных наследственных болезней: на макаках уже получилось!

Родились первые обезьянки с чужой митохондриальной ДНК
Надежда Маркина, Infox.ru

Биологам удалось вывести макак с чужой мтДНК. Тем самым ученые нашли способ избавить человечество от множества генетических заболеваний.

Самые автономные части клетки

Кроме хранилища наследственной информации в ядре клетки есть структуры, имеющие собственную ДНК, – это митохондрии, клеточные энергетические подстанции. Каждая митохондрия содержит от двух до десяти копий ДНК. Митохондрий в клетке множество, поэтому в ней несколько тысяч копий митохондриальной ДНК (мтДНК). Она передается по наследству, но в отличие от ядерной ДНК только от матери. Такая избирательность объясняется тем, что митохондрии содержатся в цитоплазме, а практически всю цитоплазму при оплодотворении зигота получает из яйцеклетки, ведь в сперматозоиде ее практически нет. У млекопитающих каждая молекула мтДНК содержит 15-17 тыс. пар оснований и кодирует 37 генов.

Особенность мтДНК в том, что она мутирует с большей скоростью, чем ядерная ДНК. Причина в том, что непременный продукт биохимических реакций в митохондриях — активные формы кислорода. Они, как известно, способны повреждать ДНК и другие биомолекулы. А с системой ремонта ДНК в митохондриях дело обстоит хуже, чем в ядре. Поэтому на сегодняшний день известны более 150 мутаций человеческой мтДНК и множество болезней, с ней связанных. В их числе — миопатии, нейродегенеративные заболевания, диабет, некоторые формы рака. Ученые подсчитали, что один из 3,5-6 тыс. человек отягощен риском болезни, связанной с дефектной мтДНК.

Если мутация в мтДНК выявлена, возникает желание заменить ее здоровой, чтобы путем искусственного оплодотворения можно было получить здоровое потомство. Но тут возникает сложность: выкачать все митохондрии из клетки невозможно. Шухрат Миталипов (Shoukhrat Mitalipov) и его коллеги из Орегонского национального центра исследования приматов (Oregon National Primate Research Center) и Орегонского университета здоровья и науки (Oregon Health & Science University) предложили другой способ замены дефектной мтДНК нормальной.

Оставить ядро и поменять цитоплазму

Альтернатива состоит в том, чтобы из яйцеклетки с мутантной мтДНК и нормальным ядром взять нормальное ядро и переместить в предварительно обезъядерную клетку с нормальной мтДНК.

Такую операцию надо проводить на зрелой яйцеклетке, находящейся на стадии II мейоза. На этом этапе ядерной оболочки уже не существует и ДНК в виде хромосом связана с веретеном деления.  Ученые изучили распределение митохондрий в клетке путем их окрашивания специальным красителем и убедились, что зона веретена деления свободна от митохондрий. Значит, эту структуру (ученые назвали ее кариопластом, так как она содержит ядерную ДНК) можно попытаться пересадить в клетку со здоровой мтДНК.

Мейоз
Редукционное деление клетки, в ходе которого происходит уменьшение числа хромосом в дочерних клетках. Мейоз происходит при созревании половых клеток. Включает два последовательных деления клеточного ядра: редукционное и эквационное. В результате из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидные клетки.
Веретено деления
Структура, возникающая в клетке в процессе деления. По форме похожа на веретено. Состоит их микротрубочек, часть которых прикрепляется к центру — кинетохоре, хромосом. Веретено обеспечивает равномерное расхождение хромосом к полюсам клетки.

Перенос

После окрашивания флуоресцентным красителем ДНК в кариопласте можно было увидеть в ультрафиолетовом свете. При помощи микропипетки ученые удалили кариопласт из яйцеклетки самки макака резуса. То же самое проделали с другой яйцеклеткой, которая имела здоровую цитоплазму – с нормальной мтДНК. Чтобы внедрить донорский ядерный материал в безъядерную клетку — цитопласт, ученые применили два способа. Во-первых, электрический разряд – электропорацию, и во-вторых, вирусный вектор.

После слияния цитопласта с кариопластом, то есть безъядерной яйцеклетки с донорским ядерным материалом, получилась яйцеклетка с нужным геномом и с нормальной мтДНК. Фактически у клетки заменили цитоплазму, что и требовалось.

Живые результаты эксперимента

Ученые провели такие манипуляции с множеством яйцеклеток, затем проверили их и убедились, что во всех клетках присутствует донорский комплекс хромосом с веретеном. Хромосомы перешли в другую клетку без повреждений. Яйцеклетки нормально завершили цикл мейоза. И окончательно созрев, готовы к оплодотворению сперматозоидами.

На следующем этапе надо было попробовать получить живой эмбрион из яйцеклетки с замененной цитоплазмой и вырастить его.

Яйцеклетки искусственно оплодотворили и 15 эмбрионов на разных стадиях подсадили девяти самкам макака резуса. Три самки успешно забеременели: у одной развивалась двойня, а у двух других – по одному плоду.

24 апреля первая беременная самка родила двух малюток, им дали имена Мито и Трекер (столь странные имена они получили по названию специфического митохондриального красителя). Их рождение окончательно доказало, что операция прошла успешна. Следом родила одного детеныша вторая беременная макака, а в начале июля разрешилась от бремени и третья. Все маленькие обезьянки здоровы и нормально развиваются.


Видео: Игорь Катапетян, Надежда Маркина (Infox.ru),
Oregon National Primate Research Center (намного подробнее)

Ученые, конечно, выделили  и изучили их ядерную и митохондриальную ДНК. Анализ ядерной ДНК показал, что все они унаследовали свой геном от яйцеклеток – доноров хромосом. А исследование мтДНК практически не обнаружило мутаций, которые были в мтДНК этих яйцеклеток. Если совсем точно, то мутации были найдены в ничтожном количестве, по-видимому перенесенные с малым количеством цитоплазмы в составе кариопласта. Но этим, считают ученые, можно пренебречь.

Итак, ученые показали, что мутантную мтДНК можно эффективно заменить. Это дает надежду на то, что таким способом можно будет у человека прервать наследование дефектной мтДНК и сопутствующих болезней, передающихся по материнской линии. Для этого надо всего лишь заменить ее здоровой перед искусственным оплодотворением.

О замене митохондриальной ДНК можно прочитать в очередном выпуске Nature.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
27.08.2009

назад

Читать также:

Мыши с человеческим «геном речи» запищали басом

«Очеловечивание» мышей с помощью гена речи Foxp2 сказывается на них не лучшим образом. Грызуны становятся более пассивными и получают меньше удовольствия от жизни. Зато отростки их нервных клеток становятся гораздо длиннее и активнее, усложняя строение головного мозга.

читать

Светящиеся обезьяны: продолжение следует

Генетически модифицированные обезьянки и их потомство пока просто светятся зелёным цветом, но учёные надеются уже скоро моделировать на них человеческие болезни и испытывать новые лекарства от них.

читать

Мышиные гены и человеческие болезни

Международный коллектив биологов завершил реконструкцию генетического кода мыши. Ученые заявили о том, что 75% генов мыши совпадают с человеческими. Это позволит создать новые инструменты для изучения различных заболеваний.

читать

Золотое молоко трансгенных мышей

Наши ученые совместно со специалистами из Белоруссии научились добывать из трансгенных мышей от 15 до 40 граммов человеческого лактоферрина на один литр молока. Это во много раз больше, чем у женщины-кормилицы. За рубежом в лучшем случае извлекают лишь полграмма на такой же объем продукта.

читать

Первые в мире трансгенные щенки светятся красным

Первый клонированный щенок родился в 2005 г., и собак с тех пор клонировали не раз, но теперь перед переносом ядра культуру фибробластов заражали модифицированным ретровирусом со встроенным геном красного флуоресцентного белка актинии. Пятеро светящихся собачек чувствуют себя хорошо и под ультрафиолетовой лампой светятся, как кремлёвские звёзды.

читать