Nylig klarte forskere å lage levedyktige apeunger ved å sette sammen flere embryo. Forsøket gir ny kunnskap om hvordan stamcellene virker hos dyr som er nært beslektet med mennesket.
Olve Moldestad i GENialt 1/2012
Alle cellene i kroppens forskjellige vev og organer stammer fra én opprinnelig celle – et befruktet egg. Et befruktet egg, eller embryo, er altså en stamcelle. Allerede etter noen få celledelinger starter spesialiseringen av cellene, og dermed legges grunnlaget for utviklingen av forskjellige vevstyper og organer.
I denne aller tidligste fasen i livet er det ikke noe immunsystem, og celler fra forskjellige organismer kan smelte sammen. Slik kan kimærer oppstå – organismer med celler som har forskjellig genetisk opphav. En sjelden gang skjer dette naturlig hos pattedyr, ved at to embryo vokser sammen i livmoren.
Myte blir til virkelighet
I gresk mytologi var Khimaira fabeldyr bestående av deler fra flere ulike dyrearter. I moderne biologi har begrepet blitt utvidet til også å omfatte organismer med celler som har opphav fra flere enn to foreldre, selv om alle foreldrene tilhører samme art. I 1961 ble de første menneskeskapte musekimærene født etter fusjon (sammensmelting) av muse-embryo.
I 1968 ble kimærer av mus for første gang laget med en annen teknikk. Forskeren brukte et embryo fra mus som var kommet til blastocyst-stadiet. Når embryoet har blitt til en blastocyst, har det et hulrom og en indre cellemasse som senere utvikler seg til et foster. Embryonale stamceller fra mus, altså stamceller som opprinnelig er hentet fra et muse-embryo, ble sprøytet inn i den indre cellemassen til blastocysten.
Det er nå rutine å sprøyte inn embryonale stamceller i blastocyster for å lage knockout-mus, altså mus som har fått ett eller flere gen fjernet. Dette har blitt en av de viktigste metodene for å studere genenes funksjoner. Alle knockout-muselinjer starter fra kimære mus med celler med to ulike genetiske opphav.
Cellene som blir til en kimær, kan komme fra forskjellige individer innen samme art, eller de kan komme fra forskjellige arter. På begynnelsen av 1980- tallet ble først embryo fra to forskjellige musearter (Mus musculus og Mus caroli), og senere sau og geit, fusjonert sammen til levende kimærer. Spesielt de kimære sauegeitene, eller «geep», som de ble døpt, vakte oppsikt.
Første gang for primater
I en artikkel i tidsskriftet Cell beskriver nå en forskergruppe fra USA hvordan de har laget kimærer av rhesusaper (Macaca mulatta) i laboratoriet. Det er første gang dette lykkes med primater, altså dyregruppen som omfatter aper og mennesker. Ved å dyrke tre til seks ape-embryo på firecellersstadiet sammen i en mikrodråpe (30 mikroliter) med celledyrkingsmedium, vokste embryoene sammen til ett. Disse fusjonerte embryoene ble deretter plassert inn i livmoren på rhesusaper som fungerte som surrogatmødre. Av fjorten aggregerte embryo utviklet det seg ti foster. Sju av fostrene ble brukt til genetiske analyser, og tre ble gitt muligheten til å utvikle seg fram til fødselen. Disse tre vil trolig bli fulgt tett over flere år for å se hvordan slike kimærer utvikler seg.
Undersøkelsen av de sju fostrene som ble brukt til genetiske analyser, viste at alle var kimærer, og at alle organer som ble undersøkt, hadde celler fra mer enn ett av de opprinnelige embryoene. Noen av kimærene hadde celler fra minst tre opprinnelige embryo, det vil si at de hadde minst seks foreldre. Interessant er det også at tre av de undersøkte fostrene var kjønnskimærer, de hadde altså både mannlige og kvinnelige celler. Det viser at de opprinnelige embryoene som fusjonerte til et nytt individ, hadde forskjellig kjønn.
Av de tre ape-kimærene som ble født, er alle hanner vurdert ut fra ytre egenskaper. Men én av dem, med navnet Roku, har både mannlige og kvinnelige celler i blodet.
Viktige funn
Mye oppmerksomhet har vært rettet mot det kuriøse faktum at tre embryo kan gi opphav til ett individ. Det som ikke har kommet så godt fram, er at arbeidet bidrar til økt innsikt i stamcellebiologi og utviklingsbiologi.
Embryonale stamceller fra mus er lik cellene i den indre cellemassen i et embryo på blastocyststadiet. De er pluripotente stamceller, altså kan de bli til alle den voksne kroppens celletyper. Mus musculus er den mest brukte arten i stamcelleforskning. Den ultimate testen på om en stamcellelinje fra mus er en ekte embryonal stamcellelinje, er å sprøyte celler inn i en blastocyst. Hvis cellene bidrar til å lage kimære mus, regnes cellelinjen som en ekte embryonal stamcellelinje. Hovedmålet med forskningen presentert i tidsskriftet Cell var å finne ut om den samme testen kan benyttes på stamcellelinjer fra primater.
I motsetning til mus viser det seg at rhesusape-kimærer ikke kan lages ved å sprøyte inn embryonale stamceller i embryo på blastocyst-stadiet. Forfatterne oppdaget at den indre cellemassen i en rhesusape-blastocyst allerede har startet et genetisk program som bestemmer hvilke vev de ulike cellene skal danne i kroppen. De udifferensierte embryonale stamcellene som sprøytes inn i blastocysten, ser ut til å utvikle seg i utakt med den indre cellemassen.
For å undersøke denne antagelsen ble den indre cellemassen fra et embryo overført til et annet embryo, slik at det fikk to indre cellemasser. I stedet for at de to embryoene blandet seg sammen og dannet en kimær rhesusape, ble det dannet to separate foster. Dette tyder på at cellene med samme genetiske program allerede på et tidlig stadium binder seg til hverandre på en spesiell måte, og at den indre cellemassen hos rhesusaper allerede er organisert slik at den ikke kan smelte sammen med udifferensierte embryonale stamceller.
Når flere embryo smelter sammen på et enda tidligere utviklingsstadium (flere celler), kan de derimot utvikle seg til levedyktige kimærer, slik som apeungene, fordi de genetiske programmene ennå ikke er aktivert.
Kilder:
• Fehilly et al., 1984. Interspecifc chimaerism between sheep and goat. Nature.
• Gardner, 1968. Mouse chimaeras obtained by the injection of cells into the blastocyst. Nature.
• Koller et al., 1989. Germ-line transmission of a planned alteration made in a hypoxanthine phosphoribosyltransferase gene by homologous recombination in embryonic stem cells. PNAS.
• Okita et al., 2007. Generation of germlinecompetent induced pluripotent stem cells. Nature. • Rossant et Frels, 1980. Interspecific chimeras in mammals: successful production of live chimeras between Mus musculus and Mus caroli. Science.
• Tachibana et al., 2012. Generation of chimeric Rhesus monkeys. Cell.
• Tarkowski, 1961. Mouse chimæras developed from fused eggs. Nature.
Se artikkelen slik den sto i GENialt 1/2012
