Трансплантация ядер и репрограммирование генома: история
Первый успех в трансплантации ядра одной клетки в другую у многоклеточного организма был достигнут Бриггсом и Кингом в 1952 году ( Briggs and King, 1952 ), хотя до этого пересадка ядра была сделана у одноклеточных организмов, в том числе у амебы, инфузорий и Acetabularia ( Gurdon, 1964 ). Бриггс и Кинг ( Briggs and King, 1952 ) получили нормальных плавающих головастиков в результате пересадки ядер клеток бластулы в денуклеированное яйцо Rana pipiens . В этой и последующих работах с R. pipiens до 30% пересадок ядер бластулы давали морфологически нормальные постнейральные стадии. Значение этого раннего достижения заключалось в том, что оно открыло способ протестировать, могут ли ядра дифференцированных клеток также поддерживать нормальное развитие реципиентных яйцеклеток, т.е. замещать зиготическое ядро нормально оплодотворенных яиц. В следующей важной статье Бриггса и Кинга ( Briggs and King, 1957 ) сообщалось, что очень скоро после стадии бластулы ядра соматических клеток (в этом случае эндодермы) утрачивают способность поддерживать нормальное развитие. Действительно, к стадии хвостовой почки ядра эндодермы больше не обеспечивали нормальное развитие.
Вскоре после этого сообщили об успешной пересадке ядер у Xenopus ( Fischberg et al., 1958 ). У этого вида для доказательства того, что развитие эмбрионов-трансплантатов обеспечивалось исключительно активностью пересаженного ядра без какого-либо вклада со стороны ядра яйцеклетки, которое было убито ультрафиолетовым облучением, был использован генетический маркер. У Xenopus полученные в результате трансплантации ядер эмбрионы развивались более нормально, чем у Rana, и очень быстро достигали стадии взрослого животного. Первые половозрелые взрослые клонированные животные были получены у Xenopus в результате пересадки ядер эндодермы ( Gurdon et al., 1958 ), и большая их часть выглядела нормальной во всех отношениях.
Чтобы ядерное клонирование оказалось успешным, яйцеклетка должна "репрограммировать" соматическое донорское ядро в "эмбриональное" эпигенетическое состояние, чтобы могла быть активирована генетическая программа, необходимая для эмбрионального развития. Современные исследования сфокусированы в основном на том, чтобы понять молекулярные основы репрограммирования в экспериментах с трансплантацией ядер. Поскольку эмбриональное развитие у амфибий и у млекопитающих очень различается, каждая из этих систем может обеспечить проникновение в разные аспекты проблемы репрограммирования в опытах по трансплантации ядер. Например, благодаря тому, что у амфибий легко можно получить огромное число крупных яиц, эта система особенно полезна для проведения биохимических анализов. Напротив, млекопитающие, в особенности мыши, позволяют применять, в первую очередь, тканевые культуры и генетические подходы. По этим причинам наблюдения, сделанные на амфибиях и на млекопитающих, являются взаимодополняющими и обсуждаются совместно, чтобы подчеркнуть сходства и различия этих двух систем. Прежде всего мы описываем фенотип клонированных амфибий и млекопитающих и как на него влияет состояние дифференцировки донорского ядра. За этим следует описание молекулярных механизмов, признанных важными для репрограммирования. В конце обсуждаются потенциальные возможности трансплантации ядер для терапии.
