Прошло 20 лет с тех пор, как в Шотландии успешно клонировали овцу Долли, но клонирование млекопитающих остается проблемой. Новое исследование экспрессии генов в развивающихся клонах, проведенное исследователями из США и Франции, теперь показывает, почему большинство клонированных эмбрионов, вероятно, не выживают.
Долли была клонирована с использованием техники «переноса ядра соматической клетки», когда ядро из взрослой клетки переносится в неоплодотворенную яйцеклетку, у которой было удалено ядро, а затем подвергается воздействию электрического тока, чтобы начать рост клетки. Затем эмбрионы переносятся матерям-реципиентам, которые несут клоны до рождения.
Клонирование крупного рогатого скота является важной сельскохозяйственной технологией и может использоваться для изучения развития млекопитающих, но вероятность успеха остается низкой: обычно менее 10 процентов клонированных животных доживают до рождения. Большинство потерь связано со смертью эмбриона, сбоем в процессе имплантации или развитием дефектной плаценты.
Секвенирование РНК выявляет проблемы с экспрессией генов в клонах
В исследовании, опубликованном 8 декабря в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, Харрис Левин, профессор кафедры эволюции и экологии Калифорнийского университета в Дэвисе, и его коллеги во Франции и США использовали секвенирование РНК для изучения экспрессии генов у клонированных коров во время имплантации, чтобы лучше понять молекулярные механизмы, которые приводят к высокому уровню невынашивания беременности у клонов. Исследование является кульминацией 12-летнего сотрудничества и сочетает в себе опыт французской команды в области клонирования и репродуктивной биологии с исследованиями Университета США. Опыт команды S. в области функциональной геномики.
"Наша работа касалась фундаментальных вопросов, связанных с процессом клонирования", - сказал Левин.
"Исследование привело к переосмыслению нашего понимания того, как ядерное перепрограммирование влияет на экспрессию генов во внеэмбриональных тканях клонированных эмбрионов крупного рогатого скота, а также на изысканную связь между клонами и их матерями-реципиентами".
«Большой объем данных, полученных в результате нашего сотрудничества, проливает свет на механизмы, ответственные за потерю эмбрионов при имплантации», - сказал Оливье Сандра, руководитель исследовательской группы Национального института агрономических исследований во Франции. «Они также позволяют по-новому взглянуть на то, как события, происходящие при имплантации, влияют на течение беременности и формируют постнатальный фенотип потомства как у крупного рогатого скота, так и у других видов млекопитающих».
Исследователи изучили ткани клонированных эмбрионов коров, полученных из одной и той же клеточной линии, на 18-й и 34-й день развития, а также соответствующий эндометрий беременных коров. Они также изучали неклонированных коров, зачатых с помощью искусственного осеменения.
Используя секвенирование РНК, исследователи обнаружили несколько генов, чья аномальная экспрессия может привести к высокой смертности клонированных эмбрионов, в том числе к невозможности имплантации в матку и неспособности развить нормальную плаценту. Глядя на экстраэмбриональную ткань клонированных коров на 18-й день, исследователи обнаружили аномалии в экспрессии более 5000 генов.
Уроки генома мыши
Когда они сравнили результаты с базой данных Mouse Genomic Informatics Knockout, они обнаружили 123 гена, которые соответствовали функциональной аннотации аномальной морфологии внеэмбриональной ткани, 121 связанный с эмбриональной летальностью и 14 с аномальной имплантацией эмбриона.
К 34-му дню развития, однако, картина экспрессии генов была намного больше похожа на контрольных коров, полученных в результате искусственного осеменения, что позволяет предположить, что эти выжившие клоны были способны имплантироваться в матку и начать формировать плаценту. Эти результаты показывают, что большие потери клонированных коров перед имплантацией, вероятно, являются результатом проблем с критическими генами развития во внеэмбриональной ткани.
Исследование также выявило другие точки потенциального отказа клонов, в том числе проблемы с гормональной передачей сигналов между развивающимся клонированным эмбрионом и беременной коровой. Например, исследование обнаружило подавление генов, участвующих в тау-интерфероне, основном сигнале распознавания беременности. Клоны также оказывали влияние на экспрессию генов у беременных коров; на 34-й день некоторые ткани матки показали совершенно другую экспрессию генов, что могло повлиять на плаценту.
"Наши данные подтверждают, что взаимодействие между маткой и экстраэмбриональными тканями имеет решающее значение во время имплантации, что делает этот шаг серьезным препятствием для прогрессирования беременности", - сказала Сандра.
«Теперь мы понимаем, почему клоны терпят неудачу, что может привести к улучшению процесса клонирования животных», - сказал Левин. Но, предупредил он, «наши открытия также усиливают необходимость строгого запрета на клонирование человека для любых целей».
«Удивительно, что этот процесс вообще работает, демонстрируя большую пластичность, которую развивающиеся животные должны адаптировать к экстремальным условиям», - сказал Левин.