Ученые из Института зоологии Китайской академии наук и Государственной лаборатории стволовых клеток и репродуктивной биологии впервые получили генетически модифицированных мышей с измененным количеством хромосом. В итоге экспериментов получились мыши, у которых имеется лишь 38 хромосом вместо обычных 40.
Обычно для изменений на хромосомном уровне требуются миллионы лет эволюции. «Лабораторная домашняя мышь сохранила стандартный 40-хромосомный кариотип после более чем сотни лет размножения в неволе, — говорит один из авторов работы Ли Чжикунь, исследователь Китайской академии наук. — Однако в более длительных масштабах времени изменения кариотипа, вызванные хромосомными перестройками, оказываются обычным явлением. У грызунов происходит от 3,2 до 3,5 перестроек на миллион лет, тогда как у приматов — 1,6». Новая методика, созданная китайскими учеными, позволяет программировать слияние хромосом и получить мышей с новым устойчивым кариотипом в краткий срок. Результат позволит узнать, как хромосомные перестройки влияют на эволюцию.
Эксперименты проводились на линии эмбриональных стволовых клеток мышей с одинарным (гаплоидным) набором хромосом. Подобные клетки научились получать сравнительно недавно. Для этого у мышиной яйцеклетки удаляют ядро, затем оплодотворяют сперматозоидом и стимулируют дальнейшее деление.
Чтобы сшить друг с другом две хромосомы, нужно удалить у каждой из них концевой участок (теломеру), а у одной из хромосом — еще и центромеру, участок хромосомы, играющий важную роль в делении клетки. Так что у получившейся в результате объединенной хромосомы будут теломеры на обоих концах и одна центромера. Центромеры и теломеры удаляли при помощи системы редактирования генома CRISPR/Cas9, а соединение хромосом происходило в результате работы системы репарации ДНК. Соединяли две пары хромосом: четвертую хромосому с пятой и первую со второй. Причем в паре первой и второй хромом испытали два варианта: в одном случае центромеру оставляли у первой хромосомы, а в другом — у второй.
Получив культуру модифицированных клеток, ученые пронаблюдали, как они делятся. Успешно делились клетки с объединенными хромосомами четвертой и пятой, а вот из остальных вариантов это могли делать только те, у которых была удалена центромера из первой хромосомы, а не из второй. Наконец, исследователи получили эмбрионы из таких клеток и подсадили их суррогатным матерям. В итоге родились детеныши с 39 хромосомами вместо 40: 14 мышат с кариотипом 4 + 5 и 37 мышат с кариотипом 1 + 2. Мыши оказались здоровыми, однако особи с кариотипом 1 + 2 не могли дать потомство, но мыши с кариотипом 4 + 5 успешно разможались, будучи скрещенными с обычными мышами. Часть потомства была с обычным числом хромосом, часть — с 39 хромосомами. Скрещивая этих потомков, ученые добились рождения детенышей, у которых от обоих родителей была унаследована объединенная хромосома 4 + 5, то есть у таких мышей осталось уже лишь 38 хромосом.
Результаты работы опубликованы в журнале Science.
