Chiméra (genetika)

Chiméra zvířat je jediný organismus, který se skládá ze dvou nebo více různých populací geneticky odlišných buněk, které pocházejí z různých zygotů podílejících se na sexuální reprodukci. Pokud se různé buňky vynořily ze stejné zygoty, organismus se nazývá mozaika. Chiméry jsou tvořeny nejméně ze čtyř mateřských buněk (dvě oplodněná vajíčka nebo raná embrya fúzovaná dohromady). Každá populace buněk si zachovává svůj vlastní charakter a výsledný organismus je směsí tkání. Byly zdokumentovány případy lidského chimerismu.

Tento stav je buď zděděn, nebo je získán infuzí alogenních hematopoetických buněk během transplantace nebo transfuze. U neidentických dvojčat se chimerismus vyskytuje pomocí anastomóz krevních cév. Pravděpodobnost, že potomci budou chimérou, se zvýší, pokud se vytvoří pomocí oplodnění in vitro. Chiméry se často mohou množit, ale plodnost a typ potomstva závisí na tom, která buněčná linie vedla k vzniku vaječníků nebo varlat; může dojít k různé míře intersexuálních rozdílů, pokud je jedna sada buněk geneticky ženská a jiná geneticky mužská.

Tetragametický chimerismusEdit

Tetragametický chimerismus je formou vrozeného chimerismu. Tento stav nastává oplodněním dvou samostatných vajíček dvěma spermiemi, po nichž následuje agregace těchto dvou ve stádiu blastocysty nebo zygoty. To má za následek vývoj organismu s propletenými buněčnými liniemi. Jinými slovy, chiméra vzniká spojením dvou neidentických dvojčat (k podobnému sloučení pravděpodobně dochází u stejných dvojčat, ale protože jejich genotypy nejsou významně odlišné, výsledný jedinec by nebyl považován za chiméru). Jako takové mohou být muži, ženy nebo mohou mít smíšené intersexuální vlastnosti.

Jak se organismus vyvíjí, může mít orgány, které mají různé sady chromozomů. Například chiméra může mít játra složená z buněk s jednou sadou chromozomů a může mít ledvinu složenou z buněk s druhou sadou chromozomů. K tomu došlo u lidí a najednou se považovalo za extrémně vzácné, i když novější důkazy naznačují, že tomu tak není.

To platí zejména pro kosmana. Nedávný výzkum ukazuje, že většina kosmanů jsou chiméry, které sdílejí DNA se svými bratrskými dvojčaty. 95% kosmanských bratrských dvojčat obchoduje s krví pomocí choriových fúzí, což z nich dělá hematopoetické chiméry.

Většina chimér projde životem, aniž by si uvědomila, že jsou chiméry. Rozdíl ve fenotypech může být jemný (např. Stopařův palec a rovný palec, oči mírně odlišných barev, rozdílný růst ochlupení na opačných stranách těla atd.) Nebo zcela nezjistitelný. určité spektrum UV světla, výrazné znaky na zádech připomínající body šipek směřující dolů od ramen dolů k dolní části zad; toto je jeden výraz pigmentových nerovností zvaných Blaschkovy linie.

Dotčené osoby může být identifikován nálezem dvou populací červených krvinek nebo, pokud jsou zygoti opačného pohlaví, nejednoznačných genitálií a intersexuálů samotných nebo v kombinaci; takové osoby mají někdy také nerovnoměrnou pigmentaci kůže, vlasů nebo očí (heterochromie). Pokud jsou blastocysty opačného pohlaví, mohou se tvořit genitálie obou pohlaví: buď vaječníky a varlata, nebo kombinované ovotesty, v jedné vzácné formě intersexu, což je stav dříve známý jako pravý hermafroditismus.

Všimněte si, že frekvence tohoto stavu nenaznačuje skutečnou prevalenci chimerismu. Většina chimér složených z mužských i ženských buněk pravděpodobně nemá intersexuální stav, jak by se dalo očekávat, pokud by byly obě buněčné populace rovnoměrně smíchány v celém těle. Většina nebo všechny buňky typu jedné buňky budou často složeny z jediné buněčné linie, tj. Krev může být složena převážně z jedné buněčné linie a vnitřních orgánů druhé buněčné linie. Pohlavní orgány produkují hormony odpovědné za jiné pohlavní znaky.

Přírodní chiméry se téměř nikdy nezjistí, pokud nevykazují abnormality, jako jsou mužské / ženské nebo hermafroditové vlastnosti nebo nerovnoměrné pigmentace kůže. Nejnápadnější jsou některé samčí želvovinové kočky a kaliko kočky (ačkoli většina mužských želvovin má navíc chromozom X odpovědný za zbarvení) nebo zvířata s nejednoznačnými pohlavními orgány.

Existence chimerismu je pro testování DNA problematická, skutečnost s dopadem na rodinné a trestní právo. Například případ Lydie Fairchildové byl postaven před soud poté, co testování DNA zjevně ukázalo, že její děti nemohou být její. Bylo na ni podáno obvinění z podvodu a byla zpochybněna vazba jejích dětí.Obvinění proti ní bylo zamítnuto, když vyšlo najevo, že Lydia je chiméra a odpovídající DNA se nachází v její cervikální tkáni. Dalším případem byl případ Karen Keegan, která byla také podezřelá (zpočátku) z toho, že není biologickou matkou svých dětí, a poté, co testy DNA u jejích dospělých synů na transplantaci ledviny, které potřebovala, prokázaly, že není jejich matkou.

Tetragametický stav má důležité důsledky pro transplantaci orgánů nebo kmenových buněk. Chiméry mají obvykle imunologickou toleranci k oběma buněčným liniím.

MicrochimerismEdit

Mikrochimerismus je přítomnost malého počtu buněk, které jsou geneticky odlišné od buněk hostitelského jedince. Většina lidí se rodí s několika buňkami geneticky identickými s jejich matkami “a podíl těchto buněk klesá u zdravých jedinců jako stárnou. Bylo pozorováno, že lidé, kteří si zachovávají vyšší počet buněk geneticky identických s matkami, mají vyšší výskyt některých autoimunitních onemocnění, pravděpodobně proto, že imunitní systém je odpovědný za zničení těchto buněk a běžná imunitní vada mu v tom brání a také způsobuje autoimunitní problémy. Vyšší výskyt autoimunitních onemocnění v důsledku přítomnosti mateřských buněk je důvodem, proč ve studii z roku 2010 u 40letého muže s onemocněním podobným sklerodermii (autoimunitní revmatické onemocnění) byly v jeho krevní oběh prostřednictvím FISH (fluorescence in situ hybridizace) se považoval za odvozený od matky. Bylo však zjištěno, že jeho forma mikrochimerismu je způsobena zmizelým dvojčetem a není známo, zda by mikrochimerismus ze zmizelého dvojčete mohl predisponovat jednotlivce k autoimunitním onemocněním Matky také často mají několik buněk geneticky identických s buňkami svých dětí a někteří lidé mají také některé buňky geneticky identické s těmi svými. jejich sourozenců (pouze sourozenci z matčiny strany, protože tyto buňky jsou jim předávány, protože si je jejich matka ponechala).

Symbiotický chimerismus u ďasovitýchEdit

Chimerismus se přirozeně vyskytuje u dospělých ceratioidních ďasů a je v skutečnost přirozenou a podstatnou součástí jejich životního cyklu. Jakmile muž dosáhne dospělosti, začne hledat ženu. Samec hledá pomocí silných čichových (nebo čichových) receptorů, dokud nenajde ženskou ďas. Samec, který má délku menší než jeden palec, se kousne do kůže a uvolní enzym, který tráví kůži jak v ústech, tak v jejím těle, čímž spojí pár až na úroveň krevních cév. I když se toto připoutání stalo nezbytným pro přežití samce, nakonec ho pohltí, protože oba ďasovití se spojí do jediného hermafroditického jedince. Někdy se v tomto procesu více než jeden samec připoutá k jedné samici jako symbiont. v takovém případě budou všechny spotřebovány do těla většího ženského rybáře. Jakmile se muži spojí se ženou, dosáhnou pohlavní dospělosti a při atrofii ostatních orgánů vyvinou velká varlata. Tento proces umožňuje, aby spermie byly neustále dodávány, když samice produkuje vajíčko, takže chimérická ryba může mít větší počet potomků.

Germline chimerismEdit

K germimernímu chimerismu dochází, když se pohlavní buňky (například sperma a vejce) buňky) organismu nejsou geneticky identické s jeho vlastním. Nedávno bylo zjištěno, že kosmani mohou během vývoje nést reprodukční buňky svých (bratrských) sourozenců v důsledku placentální fúze. (Kosmani téměř vždy rodí fr aternal twins.)

Artificial chimerismEdit

Umělý chimerismus spadá do kategorie umělých, ve kterých může existovat chiméra. Jedinec, který spadá do této klasifikace, má dvě různé sady genetických rodokmenů: jeden, který byl zděděn geneticky v době vzniku lidského embrya a druhý, který byl úmyslně zaveden lékařským postupem známým jako transplantace. Mezi konkrétní typy transplantací, které by mohly tento stav vyvolat, patří transplantace kostní dřeně a transplantace orgánů, protože tělo příjemce v zásadě pracuje na tom, aby do něj permanentně začleňovalo nové krevní kmenové buňky.

Příklad umělého chimerismu u zvířat jsou chiméry křepelčí kuřata. Použitím transplantace a ablace ve stadiu kuřecího embrya byla odstraněna neurální trubice a buňky nervového hřebenu kuřat a nahrazeny stejnými částmi z křepelky. Jakmile se vylíhla, byla křepelčí peří viditelně viditelná. kolem oblasti křídla, zatímco zbytek těla kuřat byl vyroben z vlastních kuřecích buněk.

HumansEdit

Chimerismus byl u lidí dokumentován v několika případech.

• Nizozemský sprinter Foekje Dillema byl vyloučen z národního týmu z roku 1950 poté, co v červenci 1950 odmítla povinný sexuální test; pozdější vyšetřování odhalilo chromozom Y v jejích tělních buňkách a analýza ukázala, že byla pravděpodobně mozaikovou ženou 46, XX / 46, XY.
• V roce 1953 byla v British Medical Journal uvedena lidská chiméra. Bylo zjištěno, že žena má krev obsahující dvě různé krevní skupiny. Zjevně to vyplynulo z buněk jejího dvojčete žijících v jejím těle. Studie z roku 1996 zjistila, že takový chimerismus krevní skupiny není vzácný.
• Další zpráva o lidské chiméře byla publikována v roce 1998, kdy mužský člověk měl kvůli chimerismu částečně vyvinuté ženské orgány. Byl počat oplodněním in vitro.
• V roce 2002 byla Lydii Fairchildové odepřena veřejná pomoc ve státě Washington, když se zdálo, že důkazy DNA ukazují, že ona nebyla matka jejích dětí. Právní zástupce obžaloby slyšel o lidské chiméře v Nové Anglii Karen Keegan a navrhl možnost obhajoby, která dokázala, že i Fairchild byla chiméra se dvěma sadami DNA a že jedna z těchto sad mohla být matkou dětí.
• V roce 2002 článek v New England Journal of Medicine popisuje ženu, u které byl neočekávaně identifikován tetragametický chimerismus poté, co podstoupil přípravy na transplantaci ledviny, že vyžadoval patie a její nejbližší rodina podstoupit testování histokompatibility, jejíž výsledek naznačuje, že nebyla biologickou matkou dvou ze svých tří dětí.
• V roce 2009 zpěvačka Taylor Muhl zjistila, že to, co se vždy považovalo za velké mateřské znaménko na jejím trupu, bylo ve skutečnosti způsobeno chimerismem.
• V roce 2017 byla hlášena chiméra typu člověk-prase být vytvořen; u chiméry se také uvádělo, že obsahuje 0,001% lidských buněk, přičemž zbytek tvoří prasata.

HermaphroditesEdit

• Debata existuje kolem skutečných hermafroditů, pokud jde o hypotetický scénář, ve kterém by bylo možné, aby se člověk oplodnil. Pokud je lidská chiméra vytvořena z mužské a ženské zygoty fúzující do jediného embrya, které poskytuje individuální funkční gonadální tkáň obou typů, je takové samooplodnění možné. Je skutečně známo, že se vyskytuje u nehumánních druhů, kde jsou běžně hermafroditická zvířata. Žádný takový případ funkčního samooplodnění však u lidí nikdy nebyl zdokumentován.

Příjemci kostní dřeně Upravit

• U příjemců kostní dřeně bylo hlášeno několik případů neobvyklých jevů chiméry.
  • V roce 2019 byla krev a semenná tekutina muže v Renu v Nevadě (který podstoupil vasektomii) vykazovala pouze genetický obsah svého dárce kostní dřeně. Tampony z jeho rtů, tváře a jazyka ukazovaly smíšený obsah DNA.
  • Obsah DNA ve spermatu z případu napadení v roce 2004 odpovídal obsahu DNA u muže, který byl v době útoku ve vězení, ale který byl dárcem kostní dřeně pro svého bratra, který byl později rozhodnut spáchat trestný čin.
  • V roce 2008 byl při dopravní nehodě v jihokorejském Soulu zabit muž. Za účelem jeho identifikace byla analyzována jeho DNA. Výsledky odhalily, že DNA jeho krve spolu s některými jeho orgány vypadala, že ukazuje, že je to žena. Později bylo zjištěno, že od své dcery dostal transplantaci kostní dřeně.

Chimera IdentificationEdit

Chimerismus je tak vzácný, že u lidí bylo potvrzeno pouze 100 případů. To však může být způsobeno skutečností, že si lidé nemusí být vědomi toho, že mají tento stav od začátku. Obvykle neexistují žádné známky nebo příznaky chimerismu kromě několika fyzických příznaků, jako je hyperpigmentace, hypo-pigmentace nebo vlastnění dvou různě zbarvených očí. Tyto příznaky však nemusí nutně znamenat, že jedinec je chiméra, a měly by být vnímány pouze jako možné příznaky. Forenzní vyšetřování nebo zvědavost nad neúspěšným testem DNA v mateřství / otcovství obvykle vede k náhodnému objevení tohoto stavu. Pouhým podstoupením testu DNA, který obvykle sestává buď z rychlého výtěru z tváře nebo z krevního testu, je proveden objev kdysi neznámého druhého genomu, a proto je tento jedinec identifikován jako chiméra.

ResearchEdit

První známé chiméry primátů jsou dvojčata opic rhesus, Roku a Hex, z nichž každá má šest genomů. Byly vytvořeny smícháním buněk z totipotentních čtyř buněčných blastocyst; i když se buňky nikdy nespojily, společně vytvořily orgány. Bylo zjištěno, že jeden z těchto primátů, Roku, byl sexuální chimérou; protože čtyři procenta Rokuových krvinek obsahovaly dva x chromozomy.

Významný milník v experimentování s chimérou nastal v roce 1984, kdy byla kombinací embryí z kozy a ovce vyrobena chimérická ovčí koza a přežila do dospělosti.

V srpnu 2003 vědci na Šanghajské druhé lékařské univerzitě v Číně uvedli, že úspěšně spojili buňky lidské kůže a králičí vajíčka za účelem vytvoření prvních lidských chimérických embryí. Embrya byla ponechána vyvíjet se několik dní v laboratorním prostředí a poté byla zničena, aby byly získány výsledné kmenové buňky. V roce 2007 vědci na Lékařské fakultě University of Nevada vytvořili ovci, jejíž krev obsahovala 15% lidských buněk a 85% ovčích buněk.

22. ledna 2019 vydala Národní společnost genetických poradců článek – Vysvětlení chimerismu: Jak může jeden člověk nevědomky mít dvě sady DNA, kde uvádí: „Tetragametický chimérismus, kdy se dvojčetné těhotenství vyvinulo v jedno dítě, se v současné době považuje za jednu ze vzácnějších forem. Víme však, že 20 až 30 procent singleton těhotenství byla původně dvojčetem nebo vícečetným těhotenstvím. Díky této statistice je docela možné, že tetragametický chimerismus je častější, než naznačují současné údaje. “

SpongesEdit

Chimerismus má byly nalezeny u některých druhů mořských hub. U jednoho jedince byly nalezeny čtyři odlišné genotypy a existuje potenciál pro ještě větší genetickou heterogenitu. Každý genotyp funguje nezávisle, pokud jde o reprodukci, ale různé genotypy uvnitř organismu chovat se jako jeden velký jedinec, pokud jde o ekologické reakce, jako je růst.

MiceEdit

Chimérické myši jsou důležitými zvířaty v biologickém výzkumu, protože umožňují zkoumání různých biologických otázek u živočicha, který má v sobě dva odlišné genetické bazény . Patří mezi ně pohledy na problémy, jako jsou tkáňové specifické požadavky genu, buněčné linie a buněčný potenciál. Obecné způsoby vytváření chimérických myší lze shrnout buď injekcí, nebo agregací embryonálních buněk různého původu. První chimérickou myš vyrobila Beatrice Mintzová v 60. letech agregací embryí v osmibuněčné fázi. Injekci na druhé straně propagovali Richard Gardner a Ralph Brinster, kteří injikovali buňky do blastocyst k vytvoření chimérických myší se zárodečnými liniemi plně odvozenými z injikovaných embryonálních kmenových buněk (ES buněk). Chiméry lze odvodit z myších embryí, která dosud nebyla implantována do dělohy, a také z implantovaných embryí. ES buňky z vnitřní buněčné hmoty implantované blastocysty mohou přispívat ke všem buněčným liniím myší včetně zárodečné linie. ES buňky jsou užitečným nástrojem v chimérách, protože v nich mohou být mutovány geny pomocí homologní rekombinace, což umožňuje genové cílení. Od tohoto objevu v roce 1988 se buňky ES staly klíčovým nástrojem při generování specifických chimérických myší.

Základní biologieEdit

Schopnost vytvářet myší chiméry vychází z pochopení raných vývoj myší. Mezi fázemi oplodnění vajíčka a implantací blastocysty do dělohy si různé části myšího embrya zachovávají schopnost vést k řadě buněčných linií. Jakmile embryo dosáhne stadia blastocysty, skládá se z několika částí, zejména z trophectodermu, vnitřní buněčné hmoty a primitivního endodermu. Každá z těchto částí blastocysty vede k různým částem embrya; vnitřní buněčná hmota dává vzniknout správnému embryu, zatímco trophectoderm a primitivní endoderm vytvářejí další embryonální struktury, které podporují růst embrya. Embrya ve dvou až osmi buněčných stádiích jsou kompetentní pro výrobu chimér, protože v těchto stadiích vývoje nejsou buňky v embryích dosud zavázány k vyvolání žádné konkrétní buněčné linie a mohly by vést ke vzniku vnitřní buněčné hmoty nebo trophectoderm. V případě, že se k výrobě chiméry používají dvě diploidní embrya v osmibuněčné fázi, lze chimerismus později nalézt v epiblastu, primitivním endodermu a trophectodermu myší blastocysty.

Je možné pitvat embryo v jiných stádiích tak, aby odpovídajícím způsobem vedlo k jedné linii buněk z embrya selektivně a nikoli k druhé. Například podskupiny blastomerů mohou být použity ke vzniku chiméry se specifikovanou buněčnou linií z jednoho embrya. Například vnitřní buněčná hmota diploidní blastocysty může být použita k výrobě chiméry s jinou blastocystou osmibuněčného diploidního embrya; buňky odebrané z vnitřní buněčné hmoty způsobí vznik primitivního endodermu a epiblastu u myší chiméry. Z těchto znalostí byly vyvinuty příspěvky ES buněk k chimérám. ES buňky mohou být použity v kombinaci s osmibuněčnými a dvoubuněčnými stadii embryí, aby se vytvořily chiméry a výlučně vzniklo správné embryo.Embrya, která mají být použita v chimérech, mohou být dále geneticky pozměněna, aby konkrétně přispívala pouze k jedné části chiméry. Příkladem je chiméra vytvořená z buněk ES a tetraploidních embryí, které jsou uměle vyrobeny elektrofúzemi dvou dvoučlánkových diploidních embryí. Tetraploidní embryo způsobí výlučně trophektodermu a primitivní endoderm v chiméře.

Způsoby produkce Upravit

Existuje celá řada kombinací, které mohou vést k úspěšné myšce chiméry a – podle cíle experimentu – lze vybrat vhodnou kombinaci buněk a embryí; obecně se jedná o diploidní embryo a buňky ES, diploidní embryo a diploidní embryo, buňky ES a tetraploidní embryo, diploidní embryo a tetraploidní embryo, buňky ES a buňky ES. Kombinace embryonálních kmenových buněk a diploidních embryí je běžnou technikou používanou pro výrobu chimérických myší, protože genové cílení lze provádět v embryonálních kmenových buňkách. Tyto druhy chimér lze vyrobit buď agregací kmenových buněk a diploidního embrya, nebo injekcí kmenových buněk do diploidního embrya. Pokud mají být embryonální kmenové buňky použity pro cílení genů k vytvoření chiméry, je běžný následující postup: konstrukt pro homologní rekombinaci pro cílený gen bude zaveden do kultivovaných myších embryonálních kmenových buněk od dárcovské myši pomocí elektroporace; buňky pozitivní na událost rekombinace budou mít rezistenci vůči antibiotikům, poskytovanou inzertní kazetou použitou v genovém cílení; a být schopen být pozitivně vybrán pro. ES buňky se správným cíleným genem jsou poté injikovány do diploidní hostitelské myší blastocysty. Poté jsou tyto injikované blastocysty implantovány do pseudogravidní samice náhradní myši, která přivede embrya do termínu a porodí myš, jejíž zárodečná linie je odvozena z ES buněk dárcovské myši. Stejného postupu lze dosáhnout agregací ES buňky a diploidní embrya, diploidní embrya se kultivují na agregačních destičkách v jamkách, do kterých se vejdou jednotlivá embrya, do těchto jamek se přidají buňky ES, agregáty se kultivují, dokud se nevytvoří jedno embryo a nepostupuje do stadia blastocysty, převedena na náhradní myš.