Imprinting és az egynemű szülők
Az elmúlt évtizedekben a tudósok rájöttek, hogy a genom hét kulcsfontosságú jelölt régióján múlik, hogy csak az egyik szülőtől származó metilációs minta elég. Körülbelül húsz éve egereknél, megfelelő géntörlésekkel (az imprintált régiók manipulációjával) elérték, hogy két petesejt kromoszómáit egyesítve is lehetett élő utódot létrehozni. Itt mesterségesen, laborban trükköztek a petesejtekkel, mielőtt beültették volna őket.
2016-ra már konkrét génszerkesztéssel töröltek imprintált géneket, hogy fuzionálták két, csak egy-egy kromoszómaszettet tartalmazó őssejtvonalat. Ez már sokkal precízebb volt, mert kisebb, pontosabban célzott törlések is elegendőnek bizonyultak. 2018-ban még tovább mentek: megfelelő trükkökkel elérték, hogy két hímivarsejt DNS-e kerüljön egy olyan petesejtbe, amelyből előtte eltávolították a saját genomját.
A két hím szülőtől származó egerek viszont csak egy napig éltek. Ez vagy a metiláció hiányos pótlása, vagy a génszerkesztési eljárás mellékhatásai miatt történt. Sok próbálkozás után csak egy extrém pontos, húsz különböző gén módosításából álló kombinációval sikerült először elérni, hogy ilyen utód felnőjön.
A probléma az, hogy ezek a génkiütések károsak lehetnek vagy más szempontból is gondokat okozhatnak. Így bár az eljárás fontos tudományos kísérlet, stabil és megbízható biotechnológiai alkalmazásra még nem igazán alkalmas.
Saját imprinting előállítása
Felmerül a kérdés: honnan „tudja” a kromoszóma, melyik szülőtől származik? A kulcs a kémiai címkézés, vagyis a szabályozott metiláció, amely nem változtatja meg a DNS „betűsorrendjét”, csak speciális fehérjék felismerik. A leggyakoribb módja, hogy egyetlen szénatomot (metilcsoportot) kapcsolnak a citozin bázishoz – ez leállíthatja a közeli gének működését, és sejtosztódások során öröklődhet is.
Az imprinting lényegét tehát az eltérő metiláció adja: a kritikus régiók a hímekben és nőstényekben más-más mintát kapnak, és ez megmarad az embrió teljes fejlődése során.
Az eljárás kidolgozói olyan rendszereket használtak, amelyek alapesetben DNS-t szerkesztenek (leghíresebb a CRISPR/Cas-technológia). Ehhez metilációt módosító enzimeket kapcsoltak, illetve olyan RNS-darabokat, amelyek csak az egyik – két távoli egérfajtól származó – kromoszómakészletet találták meg. Így célzottan tudták átprogramozni az imprinting mintázatot a kívánt DNS-szakaszokon.
A kísérletben először eltávolították egy petesejt genomját, majd két különböző (labor- és „vad” eredetű) egérfaj hímivarsejtjeinek magját injektálták bele. Ezután az egyik kromoszómaszetthez nőstényjellegű metilációs mintát rendeltek, míg a másik maradt hím típusú. A petesejt osztódni kezdett, majd nőstény egérbe ültették.
Az elenyésző, de szenzációs siker
Számos próbálkozásra volt szükség, mire igazolni tudták, hogy a kívánt módosítások tényleg életképes embriót is eredményezhetnek. Az enzim-módosítás a várt módon kb. 500 bázispárra a célpontok körül hatott, de minden imprintált helyen legalább hét különböző régiót kellett szerkeszteni, és ezekhez több közeli gént is érinteni kellett. Ez, valamint a lehetséges mellékhatások és a rejtett régiók megléte nagyon rontotta a hatékonyságot.
A több mint 250 átprogramozott embrióból összesen 16 nőstény lett vemhes, de ezekből csak négyen szültek halva, és mindössze három életképes egér született. Ezek közül az egyik közel 40%-kal nagyobb volt a normálisnál, és egy nap múlva elpusztult – valószínűleg növekedésszabályozási probléma miatt.
Az összes élve született utód hím volt, de ekkora mintából még nem lehet megállapítani, hogy ez véletlen-e. A kutatók szerint a siker alacsony hatékonyságának fő oka, hogy a hét imprintált helyből csak ritkán sikerül mindet hibátlanul átalakítani. Emellett lehetnek célon kívüli hatások is, illetve elképzelhető, hogy vannak még eddig ismeretlen kritikus régiók.
A módszert akkor lehetne majd rutinszerűen alkalmazni, ha ezek a problémák megoldódnak – például mutációkat hordozó, nőstény típusú utódokat lehetne így nevelni. De már most is óriási tudományos bizonyíték arra, hogy az imprinting és a metiláció szerepe az embriók fejlődésében döntő, hiszen, ha ez nem így lenne, a kísérlet hatékonysága nem „alacsony”, hanem nulla lenne.
