Два года назад команда Гавайского университета (UH) под руководством Моники А. Уорд, профессор Института исследований биогенеза, Джон А. Школа медицины Бернса Гавайского университета продемонстрировала, что только два гена Y-хромосомы, фактор, определяющий семенник Sry, и фактор пролиферации сперматогониальных клеток Eif2s3y, необходимы самцам мышей для получения потомства с помощью вспомогательного оплодотворения. Теперь та же команда с сотрудником исследователя из Франции Майклом Митчеллом (INSERM, Марсель) сделала шаг вперед и произвела самцов, полностью лишенных всей Y-хромосомы.
В этом новом исследовании запланирована онлайн-публикация в журнале Science на январь.
29, 2016, Уорд и ее коллеги из UH описывают, как они генерировали самцов «Нет Y», и определяют способность этих самцов производить гаметы и производить потомство.
Исследователи UH сначала заменили ген Sry Y-хромосомы на его гомолог и прямую мишень, кодируемую на хромосоме 11, Sox9. В нормальной ситуации Sry активирует Sox9, и это инициирует каскад молекулярных событий, которые в конечном итоге позволяют XY-плоду развиться в мужчину.
Исследователи использовали трансгенную технологию для активации Sox9 в отсутствие Sry.
Затем они заменили второй важный ген Y-хромосомы, Eif2s3y, его гомологом, кодируемым по X-хромосоме, Eif2s3x. Eif2s3y и Eif2s3x принадлежат к одному семейству генов и очень похожи по последовательности. Исследователи предположили, что эти два гена могут играть сходные роли, и важна их общая дозировка.
Они трансгенно сверхэкспрессировали Eif2s3x, увеличивая дозу гена X сверх той, которая обычно обеспечивается X и Y. В этих условиях Eif2s3x взял на себя функцию Eif2s3y в инициировании сперматогенеза.
Наконец, команда Уорда одновременно заменила Sry и Eif2s3y и создала самцов XOSox9, Eif2s3x, у которых не было ДНК Y-хромосомы. У мышей, лишенных всех генов Y-хромосомы, развивались семенники, заполненные мужскими половыми клетками.
Были собраны круглые сперматиды, и для успешного оплодотворения ооцитов был использован метод, называемый инъекцией круглых сперматид (ROSI). Когда развитые эмбрионы были переданы суррогатным матерям самок мышей, родилось живое потомство.
Потомство, полученное от самцов "Нет Y", было здоровым и проживало нормальную продолжительность жизни.
Дочери и внуки мужчин "Нет Y" были фертильными и могли воспроизводить потомство без дальнейшего технологического вмешательства. Команда Уорда произвела три последовательных поколения самцов типа «Нет Y» с использованием ROSI, показав, что самцы, лишенные генов Y-хромосомы, могут повторно размножаться при технической помощи.
«Большинство генов Y-хромосомы мыши необходимы для развития зрелых сперматозоидов и нормального оплодотворения как у мышей, так и у людей», – сказал Уорд. "Однако, когда дело доходит до вспомогательной репродукции, мы теперь показали, что у мышей вклад Y-хромосомы не является необходимым."
Исследование дает новые важные сведения о функции и эволюции гена Y-хромосомы. Это подтверждает существование функциональной избыточности между генами Y-хромосомы и их гомологами, закодированными на других хромосомах. «Это хорошие новости, – сказал Уорд, – потому что они предполагают, что в геномах есть резервные стратегии, которые обычно не работают, но при определенных обстоятельствах могут действовать. Мы выявили две из этих стратегий, манипулируя геномом. Неизвестно, будут ли когда-либо активированы такие альтернативные пути без помощи человека, например, в ответ на изменения окружающей среды.
Но это, безусловно, возможно, и это уже произошло для двух видов грызунов, потерявших свои Y-хромосомы. "
Развитие технологий вспомогательной репродукции (ВРТ) позволяет обойти различные этапы нормального оплодотворения за счет использования неподвижных, нежизнеспособных или незрелых гамет. Новейшее исследование, а также предыдущий отчет Уорда (Science 2014 Jan 3; 343 (6166: 69-72)) подтверждают, что ROSI у мышей является успешной и эффективной формой АРТ. У людей ROSI считается экспериментальным из-за опасений относительно безопасности инъекции незрелых половых клеток и других технических трудностей.
Исследователи надеются, что успех исследований на мышах может вызвать переоценку ROSI человека на предмет его пригодности, чтобы стать вариантом для преодоления мужского бесплодия в будущем.