Химерная мышь производит крысиные сперматозоиды

Интересное решение проблемы сохранения исчезающих видов предложили ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха. Авторы исследования, опубликованного в журнале Stem Cell Reports, планируют получать гаметы (яйцеклетки и сперматозоиды) редких видов из стволовых клеток в половой системе бесплодных химерных животных.

Получение яйцеклеток или сперматозоидов из стволовых клеток — крайне сложная задача. Модифицированные гаметы чаще всего оказываются менее жизнеспособными, чем клетки животного-хозяина, поэтому проигрывают им в конкуренции при оплодотворении.

Авторы задались вопросом, можно ли производить крысиные сперматозоиды в организме мутантной бесплодной мыши. Для проверки идеи ученые купили у австралийской компании Ozgene Pty Ltd. мужские мышиные эмбрионы Tsc22D3-KO, также известные как «GoGermline». У этих эмбрионов выключен ген Tsc22d3, необходимый для выработки сперматозоидов. Авторы ввели крысиные плюрипотентные стволовые клетки в эмбрионы мышей. В результате были получены химеры мыши и крысы.

«Мы были удивлены относительной простотой, с которой cмогли смешать два вида для получения жизнеспособных химер мыши и крысы. Эти животные выглядели здоровыми и нормально развивались», — говорит ведущий автор исследования биолог Ори Бар-Нур.

Плюрипотентные стволовые клетки крыс-доноров вводили в эмбрионы мутантных мышей на стадии бластоцисты. Использование метода бластоцистной комплементации позволило крысиным стволовым клеткам колонизировать неработающие семенники в межвидовом химерном эмбрионе, где начали вырабатываться исключительно крысиные сперматозоиды.

Таким образом, внутренняя среда половых органов самцов мышей, стерильных из-за генетической мутации, могла поддерживать эффективную выработку сперматозоидов другого вида. В частности, на поперечном сечении семенников химер были обнаружены интактные семенные канальцы, содержащие сперматозоиды, тогда как у мышей с мутацией в гене Tsc22d3 семенные канальцы были атрофированы.

Анализ результатов секвенирования транскриптомов отдельных клеток (scRNA-seq) показал, что в семенниках мыши с мутацией в гене Tsc22d3 содержались лейкоциты, эндотелиальные клетки и клетки Лейдига, но не было зародышевых клеток, а клеточный состав химерного семенника включал широкий спектр крысиных зародышевых клеток на разных стадиях сперматогенеза.

Экспериментальные сперматозоиды химер оказались жизнеспособны и могли оплодотворять яйцеклетки крыс, правда, это заняло у них больше времени, чем у обычных гамет. Полученные гаметы морфологически не отличались от сперматозоидов нормальных крыс, но были малоподвижными. К сожалению, в дальнейшем эмбрионы полноценно не развивались.

Авторы исследования предполагают две возможные причины неудачного эмбрионального развития потомства мышино-крысиных химер и обычных крыс: заморозка крысиных сперматозоидов до проведения процедуры оплодотворения и повреждение межвидовых гамет в ксеногенной среде тестикул мышей. Ученые намерены исключить одну из возможных причин и в следующих экспериментах использовать незамороженные зародышевые клетки, что, по их мнению, может увеличить шансы на нормальное оплодотворение и полноценное развитие.

Тем не менее, это исследование — первое доказательство возможности получения гамет одного вида в организме другого. В ближайшей перспективе исследователи хотят усовершенствовать технику проведения процедур и получить живых животных из сперматозоидов химер мыши и крысы. Кроме того, у ученых есть планы по созданию женских репродуктивных клеток в организме стерильной мутантной самки мыши.