Chimera (genetyka)

Chimera zwierzęca to pojedynczy organizm złożony z dwóch lub więcej różnych populacji genetycznie odmiennych komórek pochodzących z różnych zygot zaangażowanych w rozmnażanie płciowe. Jeśli różne komórki wyłoniły się z tej samej zygoty, organizm nazywany jest mozaiką. Chimery powstają z co najmniej czterech komórek rodzicielskich (dwa zapłodnione jaja lub wczesne zarodki połączone razem). Każda populacja komórek zachowuje swój własny charakter, a powstały organizm jest mieszaniną tkanek. Udokumentowano przypadki ludzkiego chimeryzmu.

Ten stan jest albo dziedziczony, albo nabywany przez infuzję allogenicznych komórek krwiotwórczych podczas przeszczepu lub transfuzji. U bliźniąt nieidentycznych chimeryzm występuje w postaci zespoleń naczyń krwionośnych. Prawdopodobieństwo, że potomstwo będzie chimerą, jest większe, jeśli zostało stworzone poprzez zapłodnienie in vitro. Chimery często się rozmnażają, ale płodność i rodzaj potomstwa zależy od tego, z której linii komórkowej wyrosły jajniki lub jądra; Jeśli jeden zestaw komórek jest genetycznie żeński, a inny genetycznie męski, może wystąpić różny stopień różnic międzypłciowych.

Tetragametic chimeryzmEdit

Chimeryzm tetragametyczny jest formą wrodzonego chimeryzmu. Ten stan występuje poprzez zapłodnienie dwóch oddzielnych jajeczek przez dwa plemniki, a następnie agregację dwóch na etapie blastocysty lub zygoty. Powoduje to rozwój organizmu z przeplatanymi liniami komórkowymi. Innymi słowy, chimera powstaje z połączenia dwóch nieidentycznych bliźniaków (podobne łączenie prawdopodobnie występuje w przypadku identycznych bliźniaków, ale ponieważ ich genotypy nie są znacząco różne, powstały osobnik nie byłby uważany za chimerę). W związku z tym mogą być płci męskiej, żeńskiej lub mieć mieszane cechy interpłciowe.

W miarę rozwoju organizmu mogą posiadać narządy z różnymi zestawami chromosomów. Na przykład chimera może mieć wątrobę złożoną z komórek z jednym zestawem chromosomów i nerkę złożoną z komórek z drugim zestawem chromosomów. Zdarzyło się to u ludzi i kiedyś uważano, że jest niezwykle rzadkie, chociaż nowsze dowody sugerują, że tak nie jest.

Dotyczy to szczególnie marmozety. Ostatnie badania pokazują, że większość marmozet to chimery, które dzielą DNA ze swoimi bliźniętami. 95% bliźniąt braterskich marmozet handluje krwią poprzez fuzje kosmówkowe, czyniąc je chimerami krwiotwórczymi.

Większość chimer przeżyje życie, nie zdając sobie sprawy, że są chimerami. Różnica w fenotypach może być subtelna (np. Posiadanie kciuka autostopowicza i prostego kciuka, oczy o nieco innym kolorze, różny wzrost włosów po przeciwnych stronach ciała itp.) Lub całkowicie niewykrywalne. Chimery mogą również wykazywać pod pewne spektrum światła UV, charakterystyczne znaki na plecach przypominające strzałki skierowane w dół od ramion w dół do dolnej części pleców; jest to wyraz nierówności pigmentu zwany liniami Blaschki.

Osoby dotknięte chorobą można zidentyfikować na podstawie dwóch populacji krwinek czerwonych lub, jeśli zygoty są przeciwnej płci, niejednoznacznych genitaliów i interseksualności, osobno lub w połączeniu; takie osoby czasami mają również plamistą skórę, włosy lub pigmentację oczu (heterochromia). Jeśli blastocysty są przeciwnej płci, mogą powstać narządy płciowe obu płci: jajniki i jądra lub połączone jajniki, w jednej rzadkiej postaci interseksualności, stan wcześniej znany jako prawdziwa hermafrodytyzm.

Zwróć uwagę, że częstość występowania tego stanu nie wskazuje na faktyczne rozpowszechnienie chimeryzmu. Większość chimer składających się zarówno z komórek męskich, jak i żeńskich prawdopodobnie nie ma stanu interseksualnego, jak można by się spodziewać, gdyby dwie populacje komórek były równomiernie wymieszane w całym ciele. Często większość lub wszystkie komórki jednego typu komórek będą składać się z pojedynczej linii komórkowej, tj. Krew może składać się głównie z jednej linii komórkowej, a narządy wewnętrzne drugiej linii komórkowej. Genitalia wytwarzają hormony odpowiedzialne za inne cechy płciowe.

Naturalne chimery prawie nigdy nie są wykrywane, chyba że wykazują nieprawidłowości, takie jak cechy męskie / żeńskie, hermafrodyta lub nierówna pigmentacja skóry. Najbardziej zauważalne są niektóre samce szylkretów i kotów perkalowych (chociaż większość samców szylkretowych ma dodatkowy chromosom X odpowiedzialny za ubarwienie) lub zwierzęta z niejednoznacznymi narządami płciowymi.

Istnienie chimeryzmu jest problematyczne przy testach DNA, fakt mający wpływ na prawo rodzinne i karne. Na przykład sprawa Lydii Fairchild została wniesiona do sądu po tym, jak testy DNA najwyraźniej wykazały, że jej dzieci nie mogą być jej dziećmi. Postawiono jej zarzuty o oszustwo i zakwestionowano opiekę nad dziećmi.Oskarżenie przeciwko niej zostało odrzucone, gdy stało się jasne, że Lydia była chimerą, a pasujące DNA znaleziono w jej szyjce macicy. Innym przypadkiem była sprawa Karen Keegan, która również była podejrzewana (początkowo) o to, że nie jest biologiczną matką jej dzieci, po tym, jak testy DNA jej dorosłych synów do przeszczepu nerki, których potrzebowała, pokazały, że nie była ich matką.

Stan tetragametyczny ma istotne konsekwencje dla przeszczepu narządu lub komórek macierzystych. Chimery zazwyczaj mają tolerancję immunologiczną na obie linie komórkowe.

MikrochimeryzmEdit

Mikrochimeryzm to obecność niewielkiej liczby komórek, które są genetycznie różne od komórek osobnika żywiciela. Większość ludzi rodzi się z kilkoma komórkami genetycznie identycznymi jak ich matki ”, a odsetek tych komórek spada u zdrowych osób w miarę starzeją się. Ludzie, którzy zachowują większą liczbę komórek genetycznie identycznych z komórkami ich matek, zaobserwowano, że mają wyższy wskaźnik niektórych chorób autoimmunologicznych, prawdopodobnie dlatego, że układ odpornościowy jest odpowiedzialny za niszczenie tych komórek, a powszechny defekt odpornościowy uniemożliwia mu to, a także powoduje problemy autoimmunologiczne. Wyższe wskaźniki chorób autoimmunologicznych z powodu obecności komórek matczynych są powodem, dla którego w badaniu z 2010 r. 40-letniego mężczyzny z chorobą podobną do twardziny skóry (autoimmunologiczną chorobą reumatyczną) komórki żeńskie wykryto w jego Uważano, że przepływ krwi przez FISH (fluorescencyjna hybrydyzacja in situ) pochodzi od matki. Jednak stwierdzono, że jego forma mikrochimeryzmu jest spowodowana zniknięciem bliźniaka i nie wiadomo, czy mikrochimeryzm znikającego bliźniaka może predysponować osoby do chorób autoimmunologicznych Matki często mają również kilka komórek genetycznie identycznych z komórkami ich dzieci, a niektórzy ludzie mają również komórki genetycznie identyczne z ich rodzeństwa (tylko rodzeństwo ze strony matki, ponieważ te komórki są im przekazywane, ponieważ zachowała je matka).

Symbiotyczny chimeryzm u żabnicyEdytuj

Chimeryzm występuje naturalnie u dorosłych żabnicy ceratioidalnej i występuje w fakt jest naturalną i istotną częścią ich cyklu życia. Gdy samiec osiągnie dorosłość, zaczyna poszukiwania samicy. Używając silnych receptorów węchowych (lub zapachowych), samiec poszukuje, aż zlokalizuje samicę żabnicy. Samiec, o długości mniejszej niż cal, wgryza się w jej skórę i uwalnia enzym, który trawi skórę ust i ciała, łącząc parę do poziomu naczyń krwionośnych. Chociaż przywiązanie to stało się konieczne dla przetrwania samca, ostatecznie go pochłonie, gdy obie żabnicy połączą się w jedną hermafrodytyczną osobnika. Czasami w tym procesie więcej niż jeden samiec przyczepi się do jednej samicy jako symbiont. przypadku, wszystkie zostaną zjedzone w organizmie większej samicy wędkarza. Po połączeniu się z samicą samce osiągną dojrzałość płciową, rozwijając duże jądra jako atrofię innych narządów. Proces ten pozwala na ciągłą podaż nasienia, gdy samica produkuje jajo, dzięki czemu chimeryczna ryba może mieć większą liczbę potomstwa.

Chimeryzm zarodkowyEdit

Chimeryzm zarodkowy występuje, gdy komórki rozrodcze (na przykład plemniki i jajeczka komórek) organizmu nie są genetycznie identyczne z własnym. Niedawno odkryto, że marmozety mogą przenosić komórki rozrodcze swojego (braterskiego) bliźniaka z powodu fuzji łożyska podczas rozwoju. (Marmozety prawie zawsze rodzą fr bliźniaki aternal.)

Sztuczny chimeryzmEdit

Sztuczny chimeryzm należy do sztucznej kategorii, w której może istnieć chimera. Osoba objęta tą klasyfikacją posiada dwa różne zestawy rodowodów genetycznych: jeden, który został odziedziczony genetycznie w momencie powstania zarodka ludzkiego, a drugi, który został celowo wprowadzony w ramach procedury medycznej zwanej przeszczepem. Specyficzne typy przeszczepów, które mogą wywołać ten stan, obejmują przeszczepy szpiku kostnego i przeszczepy narządów, ponieważ organizm biorcy zasadniczo pracuje nad trwałym włączeniem do niego nowych komórek macierzystych krwi.

Przykład sztucznego chimeryzmu u zwierząt są chimery przepiórcze pisklę. Wykorzystując przeszczep i ablację na etapie zarodka pisklęcia, usunięto cewę nerwową i komórki grzebienia nerwowego pisklęcia i zastąpiono je tymi samymi częściami przepiórki. Po wykluciu się pióra przepiórek były widoczne widoczne wokół skrzydła, podczas gdy reszta ciała pisklęcia została wykonana z jego własnych komórek kurzych.

HumansEdit

Chimeryzm został udokumentowany u ludzi w kilku przypadkach.

• Holenderska sprinterka Foekje Dillema została wykluczona z reprezentacji w 1950 roku po tym, jak odmówiła obowiązkowego testu płci w lipcu 1950 roku; późniejsze badania ujawniły chromosom Y w jej komórkach ciała, a analiza wykazała, że była to prawdopodobnie samica mozaikowa 46, XX / 46, XY.
• W 1953 roku w British Medical Journal odnotowano ludzką chimerę. Stwierdzono, że kobieta ma krew zawierającą dwie różne grupy krwi. Najwyraźniej wynikało to z komórek jej brata bliźniaka żyjących w jej ciele. Badanie z 1996 roku wykazało, że taki chimeryzm grup krwi nie jest rzadkością.
• Inny raport o ludzkiej chimerze został opublikowany w 1998 roku, gdzie mężczyzna miał częściowo rozwinięte narządy żeńskie z powodu chimeryzmu. Został poczęty przez zapłodnienie in vitro.
• W 2002 roku Lydii Fairchild odmówiono pomocy publicznej w stanie Waszyngton, kiedy dowody DNA wskazywały, że nie była matka jej dzieci. Prawnik prokuratora usłyszał o ludzkiej chimerze w Nowej Anglii, Karen Keegan, i zasugerował obronie możliwość wykazania, że Fairchild również był chimerą z dwoma zestawami DNA, i że jeden z tych zestawów mogła być matką dzieci.
• W 2002 roku artykuł w New England Journal of Medicine opisuje kobietę, u której nieoczekiwanie zidentyfikowano chimeryzm tetragametyczny po przejściu przygotowań do przeszczepu nerki. wymagał patie nt i jej najbliższą rodzinę do poddania się testom zgodności tkankowej, których wynik sugerował, że nie była biologiczną matką dwojga z jej trojga dzieci.
• W 2009 roku piosenkarka Taylor Muhl odkryła, że to, co zawsze uważano za duże znamię na jej torsie, było w rzeczywistości spowodowane chimeryzmem.
• W 2017 roku doniesiono o chimerze człowieka-świni być stworzonym; donoszono również, że chimera zawiera 0,001% komórek ludzkich, a równowagę stanowi świnia.

HermaphroditesEdit

• Debata toczy się wokół prawdziwych hermafrodytów w odniesieniu do hipotetycznego scenariusza, w którym człowiek mógłby się samozapłodnić. Jeśli ludzka chimera jest utworzona z męskiej i żeńskiej zygoty łączących się w jeden zarodek, dając indywidualną funkcjonalną tkankę gonadową obu typów, taka samozapłodnienie jest możliwe. Rzeczywiście, wiadomo, że występuje u gatunków innych niż człowiek, u których często występują zwierzęta hermafrodytyczne. Jednak nigdy nie udokumentowano takiego przypadku funkcjonalnego samozapłodnienia u ludzi.

biorcy szpiku kostnegoEdytuj

• Zgłoszono kilka przypadków nietypowych zjawisk chimery u biorców szpiku kostnego.
  • W 2019 r. Płyn nasienny mężczyzny w Reno w stanie Nevada (który przeszedł wazektomię) wykazywał jedynie zawartość genetyczną dawcy szpiku kostnego. Wymazy z ust, policzka i języka wykazały mieszaną zawartość DNA.
  • Zawartość DNA w nasieniu z przypadku napaści z 2004 roku odpowiadała zawartości DNA mężczyzny, który przebywał w więzieniu w czasie napaści, ale był dawcą szpiku kostnego dla swojego brata, który był później zdecydowany popełnić przestępstwo.
  • W 2008 roku mężczyzna zginął w wypadku drogowym, do którego doszło w Seulu w Korei Południowej. Aby go zidentyfikować, przeanalizowano jego DNA. Wyniki ujawniły, że DNA jego krwi wraz z niektórymi narządami wskazywało na to, że był kobietą. Później ustalono, że otrzymał przeszczep szpiku kostnego od swojej córki.

Chimera IdentificationEdit

Chimeryzm występuje tak rzadko, że potwierdzono tylko 100 przypadków u ludzi. Może to jednak wynikać z faktu, że ludzie mogą nie być świadomi, że mają ten stan na początku. Zwykle nie ma żadnych oznak ani symptomów chimeryzmu poza kilkoma objawami fizycznymi, takimi jak hiperpigmentacja, hipopigmentacja lub posiadanie dwóch różnych kolorów oczu. Jednak te objawy niekoniecznie oznaczają, że dana osoba jest chimerą i należy je postrzegać tylko jako możliwe objawy. Ponownie, dochodzenie kryminalistyczne lub ciekawość z powodu nieudanego testu DNA macierzyństwa / ojcostwa zwykle prowadzi do przypadkowego odkrycia tego stanu. Po prostu poddając się testowi DNA, który zwykle składa się z szybkiego wymazu z policzka lub badania krwi, dokonuje się odkrycia nieznanego niegdyś drugiego genomu, a tym samym identyfikuje tę osobę jako chimerę.

ResearchEdit

Pierwszymi znanymi chimerami naczelnych są bliźniaki małpy rezus, Roku i Hex, z których każdy ma sześć genomów. Zostały stworzone przez zmieszanie komórek z totipotencjalnych czterech blastocyst komórkowych; chociaż komórki nigdy się nie zlały, pracowały razem, tworząc narządy. Odkryto, że jeden z tych naczelnych, Roku, był seksualną chimerą; ponieważ cztery procent komórek krwi Roku zawierało dwa chromosomy x.

Główny kamień milowy w eksperymentach z chimerami nastąpił w 1984 roku, kiedy chimeryczna owca-koza została wyprodukowana przez połączenie zarodków kozy i owcy i przeżyła do dorosłości.

W sierpniu 2003 r. naukowcy z Drugiego Uniwersytetu Medycznego w Szanghaju w Chinach poinformowali, że z powodzeniem połączyli ludzkie komórki skóry i komórki jajowe królika, aby stworzyć pierwsze ludzkie zarodki chimeryczne. Zarodki rozwijano przez kilka dni w warunkach laboratoryjnych, a następnie niszczono w celu pobrania powstałych komórek macierzystych. W 2007 roku naukowcy z University of Nevada School of Medicine stworzyli owcę, której krew zawierała 15% komórek ludzkich i 85% komórek owiec.

22 stycznia 2019 roku National Society of Genetic Counselors opublikowało artykuł – Wyjaśnienie chimeryzmu: jak jedna osoba może nieświadomie mieć dwa zestawy DNA, gdzie stwierdza się, że „Chimeryzm tetragametyczny, w którym ciąża bliźniacza ewoluuje w jedno dziecko, jest obecnie uważany za jedną z rzadszych form. Jednak wiemy, że 20 do 30 procent ciąż pojedynczych było pierwotnie ciążą bliźniaczą lub mnogą. Ze względu na tę statystykę jest całkiem możliwe, że chimeryzm tetragametyczny występuje częściej niż sugerują obecne dane ”.

SpongesEdit

Chimeryzm ma zostały znalezione w niektórych gatunkach gąbek morskich. U jednego osobnika znaleziono cztery różne genotypy i istnieje potencjał do jeszcze większej heterogeniczności genetycznej. Każdy genotyp funkcjonuje niezależnie pod względem rozmnażania, ale różne genotypy wewnątrz organizmu zachowuj się jak pojedyncza duża osoba pod względem reakcji ekologicznych, takich jak wzrost.

MiceEdit

Chimeryczne myszy są ważnymi zwierzętami w badaniach biologicznych, ponieważ pozwalają na badanie wielu biologicznych pytań u zwierzęcia, które ma w sobie dwie odrębne pule genetyczne . Obejmują one wgląd w problemy, takie jak specyficzne wymagania tkanek w stosunku do genu, linii komórkowej i potencjału komórkowego. Ogólne metody tworzenia myszy chimerycznych można podsumować poprzez wstrzyknięcie lub agregację komórek embrionalnych z różnych źródeł. Pierwsza mysz chimeryczna została stworzona przez Beatrice Mintz w latach sześćdziesiątych XX wieku poprzez agregację zarodków w stadium ośmiokomórkowym. Z drugiej strony, pionierami iniekcji byli Richard Gardner i Ralph Brinster, którzy wstrzyknęli komórki do blastocyst, aby stworzyć chimeryczne myszy z liniami płciowymi w pełni pochodzącymi z wstrzykniętych embrionalnych komórek macierzystych (komórki ES). Chimery mogą pochodzić z embrionów myszy, które nie zostały jeszcze zagnieżdżone w macicy, jak również z zarodków wszczepionych. Komórki ES z wewnętrznej masy komórkowej wszczepionej blastocysty mogą przyczyniać się do wszystkich linii komórkowych myszy, w tym linii zarodkowej. Komórki ES są użytecznym narzędziem w chimerach, ponieważ można w nich mutować geny poprzez zastosowanie rekombinacji homologicznej, umożliwiając w ten sposób celowanie w geny. Odkąd to odkrycie miało miejsce w 1988 roku, komórki ES stały się kluczowym narzędziem w tworzeniu specyficznych myszy chimerycznych.

Biologia podstawowaEdytuj

Umiejętność tworzenia mysich chimer wynika ze zrozumienia wczesnego rozwój myszy. Pomiędzy etapami zapłodnienia komórki jajowej a implantacją blastocysty do macicy, różne części zarodka myszy zachowują zdolność do tworzenia różnych linii komórkowych. Gdy zarodek osiągnie stadium blastocysty, składa się z kilku części, głównie trofektodermy, wewnętrznej masy komórkowej i pierwotnej endodermy. Każda z tych części blastocysty powoduje powstanie różnych części zarodka; wewnętrzna masa komórek daje początek właściwemu zarodkowi, podczas gdy trofektoderma i pierwotna endoderma dają początek dodatkowym strukturom embrionalnym, które wspomagają wzrost zarodka. Zarodki w stadium od dwóch do ośmiu komórek są zdolne do wytwarzania chimer, ponieważ na tych etapach rozwoju komórki w zarodkach nie są jeszcze zobowiązane do zapoczątkowania jakiejkolwiek określonej linii komórkowej i mogą spowodować powstanie wewnętrznej masy komórek lub trofektoderma. W przypadku, gdy do wytworzenia chimery wykorzystuje się dwa diploidalne zarodki w stadium ośmiu komórek, chimeryzm można później znaleźć w epiblastach, endodermie pierwotnej i trofektodermie blastocysty myszy.

Możliwe jest rozcięcie zarodek na innych etapach, tak aby odpowiednio dać początek jednej linii komórek zarodka selektywnie, a nie drugiej. Na przykład podzbiory blastomerów można wykorzystać do zapoczątkowania chimery o określonej linii komórkowej z jednego zarodka. Na przykład masa komórek wewnętrznych diploidalnej blastocysty może zostać użyta do wytworzenia chimery z inną blastocystą z ośmiokomórkowego diploidalnego embrionu; komórki pobrane z wewnętrznej masy komórkowej dadzą początek prymitywnej endodermie i epiblastowi u myszy chimerowej. Na podstawie tej wiedzy określono wkład komórek ES w chimer. Komórki ES można stosować w połączeniu z zarodkami w stadium ośmiokomórkowym i dwukomórkowym do tworzenia chimer i wyłącznie do wywoływania właściwego embrionu.Embriony, które mają być użyte w chimerach, mogą być dalej modyfikowane genetycznie, aby specyficznie wpływały tylko na jedną część chimery. Przykładem jest chimera zbudowana z komórek ES i zarodków tetraploidalnych, które są sztucznie wytwarzane przez elektrofuzję dwóch dwukomórkowych diploidalnych embrionów. Zarodek tetraploidalny daje początek wyłącznie trofektodermie i pierwotnej endodermie w chimerze.

Metody produkcjiEdytuj

Istnieje wiele kombinacji, które mogą dać początek udanej myszy chimery i – zgodnie z celem eksperymentu – można wybrać odpowiednią kombinację komórki i zarodka; są to ogólnie, ale nie wyłącznie, zarodek diploidalny i komórki ES, zarodek diploidalny i zarodek diploidalny, zarodek ES i zarodek tetraploidalny, zarodek diploidalny i zarodek tetraploidalny, komórki ES i komórki ES. Kombinacja embrionalnej komórki macierzystej i diploidalnego zarodka jest powszechną techniką stosowaną do wytwarzania chimerycznych myszy, ponieważ celowanie genowe można przeprowadzić w embrionalnej komórce macierzystej. Tego rodzaju chimery można wytworzyć poprzez agregację komórek macierzystych i diploidalnego zarodka lub wstrzyknięcie komórek macierzystych do zarodka diploidalnego. Jeśli embrionalne komórki macierzyste mają być użyte do kierowania genów w celu wytworzenia chimery, powszechna jest następująca procedura: konstrukt do homologicznej rekombinacji dla docelowego genu zostanie wprowadzony do hodowanych mysich embrionalnych komórek macierzystych od myszy-dawcy za pomocą elektroporacji; komórki dodatnie pod względem zdarzenia rekombinacji będą miały oporność na antybiotyki, zapewnianą przez kasetę insercyjną stosowaną do kierowania genów; i móc być pozytywnie wybranym. Następnie komórki ES z odpowiednim docelowym genem wstrzykuje się do diploidalnej blastocysty myszy-gospodarza. Następnie te wstrzyknięte blastocysty są wszczepiane do ciężarnej samicy myszy zastępczej, która doprowadzi do porodu zarodki i urodzi mysz, której linia zarodkowa pochodzi z komórek ES myszy dawczyni. Tę samą procedurę można przeprowadzić poprzez agregację Komórki ES i zarodki diploidalne, zarodki diploidalne hoduje się na płytkach agregacyjnych w dołkach, w których mieszczą się pojedyncze zarodki, do tych dołków dodaje się komórki ES, agregaty hoduje się do momentu powstania pojedynczego zarodka i przejścia do stadium blastocysty, po czym można je przeniesione do zastępczej myszy.