Parphenon Партеногенез (от греч. parthenos-девственница, genesis-зарождение) Athena Parthenos

Parphenon Партеногенез (от греч. parthenos-девственница, genesis-зарождение) Athena Parthenos Одна из форм полового размножения организмов, при которой женские половые клетки развиваются без оплодотворения. Половое, но однополое размножение

классификации партеногенетического размножения По способу размножения ü Естественный — нормальный способ размножения некоторых организмов в природе ü Искусственный — вызывается экспериментально действием разных раздражителей на неоплодотворённую яйцеклетку, в норме нуждающуюся в оплодотворении По полноте протекания ü Рудиментарный (зачаточный) — неоплодотворённые яйцеклетки начинают деление, однако зародышевое развитие прекращается на ранних стадиях В некоторых случаях возможно и продолжение развития до конечных стадий (акцидентальный или случайный партеногенез) ü Полный — развитие яйцеклетки приводит к формированию взрослой особи во всех типах беспозвоночных и у некоторых позвоночных

классификации партеногенетического размножения По наличию мейоза в цикле развития ü Амейотический — развивающиеся яйцеклетки не проходят мейоз и остаются диплоидными у реснитчатых и круглых червей, коловраток, моллюсков, некоторых видов насекомых, у карпа Carassius auratus gibelio ü Мейотический — яйцеклетки проходят мейоз (становятся гаплоидными) Новый организм развивается из гаплоидной яйцеклетки самцы перепончатокрылых насекомых и коловраток Яйцеклетка восстанавливает диплоидность (эндомитоз или слияние с редукционным тельцем) По наличию других форм размножения в цикле развития ü Облигатный — партеногенез это единственный способ размножения ü Циклический — партеногенез закономерно чередуется с другими способами разножения в жизненном цикле у дафний и коловраток ü Факультативный — встречающийся в виде исключения или запасного способа размножения у форм, в норме двуполых

классификации партеногенетического размножения В зависимости от пола организма üАндрогенез — в развитии яйцеклетки участвует привнесенное мужское ядро üГиногенез — в развитии участвует ядро яйцеклетки Ambystoma tremblayi Carassius auratus gibelio Ambystoma platineum

Механизмы диплоидизации при партеногенезе 1) Есть конъюгация и кроссинговер, нет редукционного деления в основном – насекомые; спонтанные триплоиды у земноводных и человека 2) Отсутствие эквационного деления виды, способные к случайному партеногенезу или дающими редкое триплоидное потомство, виды размножающиеся партеногенетически или гиногенетически (некоторые круглые черви, рыбы, земноводные), В случае естественного гиногенеза число хромосом у развивающихся особей нормальное, диплоидное. 3) Слияние двух гаплоидных ядер: гаплоидного пронуклеуса с ядром второго редукционного тельца ядра первого редукционного тельца с женским пронуклеусом 4) Удвоение хромосом гаплоидного пронуклеуса Гомозиготное потомство по всем локусам 5) Из клеток, в которых произошло премейотическое удвоение, не сопровождающееся цитокинезом образование двуядерного ооцита (лягушки) формирование тетраплоидного ядра ооцита (планарии)

Редукция числа хромосом при партеногенезе 1. Нет редукции. Оба мейотических деления эквационные. ракообразное Daphnia pulex, моллюск Campeloma rufum 2. Число хромосом удваивается перед мейозом. «Эндодупликация» Нормальный мейоз с двумя делениями и отделением двух редукционных телец, зрелое яйцо диплоидное или полиплоидное планария Polycelis nigra, турбеллария Bothrioplana semperi, земляные черви Lumbricidae, насекомые Ptinus, Carausius morosus, ящерицы Cnemidophorus uniparens, рыбы Poeciliopsis, Poecilia, амфибия Ambistoma jeffersonianum 3. I мейотическое деление абортивное или отсутствует ракообразное Trichoniscus, насекомые Hymenoptera, Curculionidae, Lepidoptera, у карася Carassius auratus gibelio 4. II мейотическое деление абортивное или отсутствует ракообразные Artemia salina, Nagara modesta, некоторые птицы 5. Самооплодотворение Слияние женского пронуклеуса и II редукционного тельца некоторые насекомые, Lecanium hesperidum Слияние женского пронуклеуса и I редукционного тельца Drosophila mangabeirai Слияние двух редукционных телец насекомое Solenobia triquetrella 6. Слияние ядер, возникающих в процессе дробления некоторые насекомые Plasmidae, Drosophila mercatorum

Хромосомные наборы при спонтанном партеногенезе 1. Однородные гаплоиды. Образование зародыша после выделения 2 -ого редукционного тельца 2. Мозаичные гаплоиды. Образование зародыша после выделения 1 ого редукционного тельца 3. Гетерозиготные диплоиды с двумя пронуклеусами. После метафазы второго деления мейоза образуется два пронуклеуса, которые затем сливаются 4. Гетерозиготные диплоиды с одним пронуклеусом. После метафазы второго деления мейоза сразу идет образование одного ядра будущего партеногенетического зародыша без формирования отдельных пронуклеусов.

Естественные формы партеногенеза: 1) амфитокия (дейтеротокия) - из неоплодотворенных яиц развиваются особи обоих полов некоторые тли, бабочки, дафнии 2) арренотокия — из неоплодотворенных яйц развиваются самцы, для возникновения самок необходимо оплодотворение у видов с гаплоидно-диплоидным определением пола перепончатокрылых насекомых и некоторых членистоногих, индейки 3) телитокия — из неоплодотворенных яиц развиваются только самки некоторые тли, ящерицы

Естественный партеногенез Varanus komodoensis У трех рас ящерицы Lacerta saxicola, состоящих из одних самок, партеногенез это естественный способ размножения Meleagris gallopavo до 40% отложенных индейками неоплодотворенных яиц могут начать развиваться, но в единичных случаях развитие доходит до конца. Выводятся самцы Lacerta saxicola

Искусственный партеногенез возможен практически у всех видов животных, необходим только соответствующий подбор факторов и условий, стимулирующих диплоидность их яйцеклеток. Млекопитающие — единственный класс позвоночных, который вследствие геномного импринтинга имеет функциональные различия материнского и отцовского геномов. Ранняя гибель искусственно полученных партеногенетических эмбрионов млекопитающих.

Искусственный партеногенез Искусственный гиногенез: Øтермошоки (тепло или холод) Øцентрифугирование Øугнетением спермиев лучами радия, рентгеновскими лучами, химические агентами и т. д. Øискусственное скрещивание отдаленных видов Искусственный андрогенез: Øполное удаление ядра яйцеклетки (микрохирургически, центрифугированием, встряхиванием, вызывающими отрыв ядросодержащих фрагментов, и т. п. ) Øповреждение ядра яйцеклетки специфическими ядами (трипофлавином), ионизирующими излучениями, сильным нагревом и пр.

Искусственный партеногенез 1886 А. А. Тихомиров Яйца морского ежа: • стрихнин • хлороформ Яйца тутового шелкопряда • серная кислота 1892 М. Ферворн ввел термин экспериментальный андрогенез Bombyx mori Б. Л. Астауров амейотический партеногенез у тутового шелкопряда метод мейотического партеногенеза В. А. Струнников мейоз протекает нормально, а 2 часа снижения температуры до —{5— 11) °С стимулируется развитие неоплодотворенных яиц и диплоидизацию во время первого деления. Партеногенетическое потомство состоит из одних самцов

1936 – патеногенез у кролика Грегори Гудвин Пинкус (1903 -1967)

Искусственный партеногенез Бластоциста, полученная из ооцита человека после активации партеногенеза Brevini et al. / Stem Cell Rev (2008) 4: 127 -135

оплодотворенные in vitro эмбрионы партеногены, подавлено выделение 2 ред. тельца Brevini et al. / Stem Cell Rev (2008) 4: 127 -135 партеногены, подавлено выделение 1 ред. тельца

Искусственный партеногенез у свиней

Геномный импринтинг (от англ. imprint – отпечаток, запечатление) Механизм обратимой избирательной модификации аллелей генов в зависимости от их родительского происхождения, приводящих к их дифференциальной экспрессии в развитии. Эпигенетический механизм контроля, приводящий к изменению активности генов путем относительно стабильных в ряду клеточных поколений модификаций, не затрагивающих первичной последовательности ДНК. http: //www. geneimprint. com

Импринтирование аллелей связано с метилированием цитозиновых оснований в Cp. G-динуклеотидах Почти во всех импринтированных генах есть Cp. Gнасыщенные дифференциально метилированные регионы DMR (differentially methylated regions) Импринтированные гены располагаются на хромосомах кластерами – импринтированными доменами Экспрессия импринтированных генов может иметь ткане- и стадиоспецифический характер.

Feil, Berger, 2007

Геномный импринтинг

Нарушения геномного импринтинга Синдром крупных плодов (large offspring syndrome) Нарушение экспрессии импринтированного гена Igf 2 r

Болезни геномного импринтинга Болезнь хромосома Импринтированные гены Синдром Беквита. Видемана 11 IGF 2, H 19 Опухоль Вильмса 11 IGF 2, IGF 2 AS, H 19 Гемигиперплазия 11 IGF 2 Гепатобластома 11 P 57 KIP 2 Гипофизарная аденома 14 MEG 3

Болезни геномного импринтинга Синдром Прадера-Вилли задержка психического и речевого развития, маленькие кисти и стопы, небольшой рост, сонливость, ожирение, сколиоз, косоглазие, пониженная плотность костей, гипогонадизм. Отсутствуют примерно 7 генов из 15 хромосомы, страдает отцовская хромосома Синдром Ангельмана задержка психического развития, нарушения сна, припадки, хаотические движения (особенно рук), частый смех или улыбки, часто эпилепсия. Отсутствуют некоторые гены из 15 -й хромосомы, страдает материнская хромосома

Искусственный партеногенез Развитие диплоидных партеногенетических эмбрионов in vitro до стадии бластоцисты (96 часов культивирования) и после трансплантации в матку ложнобеременных самок Яйцеклетки мышей Число Трансплан- Число диплоиди бластоцист тировано импланта зиро(%) эмбрионов ций (%) ванных яйцеклеток Зародыши на стадии сомитов (%) CBA 416 61 (14, 7%) 153 105 (68, 7%) 47 (44, 7%) C 57 BL/6 564 506 (89, 7%) 157 89 (56, 7%) 0 Платонов, Исаев / Генетика, 2006, Т 42, № 9 стр 1235 -1249

Искусственный партеногенез Остановки развития мышь 10 дней свинья 29 дней кролик 11, 5 дней корова 48 дней овца 21 день мармозетки 12 дней

Линия мышей LT/Sv с нарушениями созревания ооцитов (остановки на метафазе первого деления мейоза) и овариальными тератомами Спонтанные тератомы в большом количестве образуются в яичниках самок мышей линии LT. В таких опухолях обнаруживают преимущественно нейроэктодермальные производные. В опухоли встречаются клетки нейроэпителия (розетки медуллоэпителия и эпендимобластов) и зрелые нейроны. Данные тератомы используют в исследованиях формирования и дифференцировки нейроэпилия. Caccamo D. , et al. Lab invest. 1989 Mar; 60(3): 390 -8.

Time-lapse recording of the first and the second division of F 1 (CBA/H×C 57 Bl/6) and LT/Sv embryos Maciejewska Z et al. Reproduction 2009; 137: 931 -942

Частота хромосомных нарушений в первом делении дробления у мышей линии LT/Sv в сравнении с эмбрионами мышей дикого типа Варианты нарушений Эмбрионы Нарушения расхождения хромосом Микроядра на стадии 2 -ух клеточного эмбриона Суммарное количество аномалий Дикий тип 1/19 (5%) 0/40 (0%)* 1/59 (2%)* LT/Sv 1/5 (20%) 3/24 (12, 5%)* 4/29 (14%)* * Difference between LT/Sv and wild-type embryos statistically significant (P<0. 05, Fisher exact probability test) Maciejewska Z. , et al. Reproduction June 1, 2009 137 931 -942

Конюхов, Исаев / Онтогенез, 2000, Т 31, № 5 Схема получения партеногенетических химерных мышей

Партеногенетическая «биматернальная» мышь Партеногенетические мышата Партеногенетические плоды нормального фенотипа остановка развития на 19, 5 dpc Два женских генома – один от нормального ооцита половозрелой самки, другой из ооцита новорожденной самки после генетической манипуляции по импринтированной области Igf 2 -H 19 на 7 хромосоме Мышь Кагуя со своими потомками

Extended longevity of bi-maternal mice (BM). Kawahara M , Kono T Hum. Reprod. 2010; 25: 457 -461 © The Author 2009. Published by Oxford University Press on behalf of the European Society of Human Reproduction and Embryology. All rights reserved. For Permissions, please email: journals. permissions@oxfordjournals. org

Comparison of body weights between the controls and the BM. Kawahara M , Kono T Hum. Reprod. 2010; 25: 457 -461 © The Author 2009. Published by Oxford University Press on behalf of the European Society of Human Reproduction and Embryology. All rights reserved. For Permissions, please email: journals. permissions@oxfordjournals. org

HLA homozygous parthenogenetic human stem cells (hp. SC-Hhom) Revazova, E. S. ; Turovets, N. A. ; Kochetkova, O. D. ; Kindarova, L. B. ; Kuzmichev, L. N. ; Janus, J. D. ; Pryzhkova, M. V. (2007).

Доноры ооцитов (до 31 года) Получено ооцитов в кумулюсе для активации партеногенетического развития Дробление после активации партеногенеза Получено партеногенетических бластоцист Из них бластоцист с видимой внутренней клеточной массой Получено линий партеногенетических клеток 5 46 40 23 11 6 (из них 5 из целых бластоцист, 1 из бластоцисты после иммунохирургического удаления трофэктодермы Revazova et al. , Cloning and Stem Cells, 2007, 9, № 3

Characterization ph. ESC lines for specific markers Revazova et al. , Cloning and Stem Cells, 2007, 9, № 3

Characterization ph. ESC lines for specific markers Revazova et al. , Cloning and Stem Cells, 2007, 9, № 3

Characterization of hp. SC-Hhom lines for human ESC-specific markers Revazova et al. , Cloning and Stem Cells, 2008, 10, № 1

The in vitro differentiation of ph. ESC into derivatives of all three germ layers Нейрофиламент 68 N-CAM -III-тубулин GFAP PECAM-1 VE-кадгерин Ectoderm differentiation Mesoderm differentiation Entoderm differentiation -актинин Revazova et al. , Cloning and Stem Cells, 2007, 9, № 3 pigmented epitheliallike cells десмин -фетопротеин Original magnification (I) 100; (A–H, J–M) 400. -фетопротеин GFAP

The in vivo differentiation of ph. ESC and teratoma formation in SCID mice мышечный актинин -III-тубулин фибронектин -фетопротеин Original magnification (A), (C), (D) 100; (B) 200 Revazova et al. , Cloning and Stem Cells, 2007, 9, № 3

In vivo differentiation of hp. SC-Hhom-4. Teratoma formation in SCID mice железа «нервная трубка» , хрящ, железа Кость и трубчатая железа Кость и жировая ткань Железы, жировая ткань, коллаген, кость энтодермальная железа многослойный эпителий, железа железы, окруженные жировой и мезенхимальной тканью Revazova et al. , Cloning and Stem Cells, 2008, 10, № 1

Expression of imprinted genes in mouse parthenogenetic blastocysts, p. ES cells and parthenogenetic embryonic fetuses compared with fertilized counterparts by real-time PCR analysis Li C et al. Hum. Mol. Genet. 2009; 18: 2177 -2187 © The Author 2009. Published by Oxford University Press. All rights reserved. For Permissions, please email: journals. permissions@oxfordjournals. org

Global methylation in fertilized (f. E) and parthenogenetic embryos (p. E) and ES cells. Li C et al. Hum. Mol. Genet. 2009; 18: 2177 -2187 © The Author 2009. Published by Oxford University Press. All rights reserved. For Permissions, please email: journals. permissions@oxfordjournals. org

Contribution of p. ES cells from different passages to various tissues of chimeras Li C et al. Hum. Mol. Genet. 2009; 18: 2177 -2187 © The Author 2009. Published by Oxford University Press. All rights reserved. For Permissions, please email: journals. permissions@oxfordjournals. org