Die Übertragung des Kerngenoms von einer Eizelle in das Zytoplasma einer Spendereizelle ist eine Strategie, um es Frauen zu ermöglichen, die Mutationen in ihrer mitochondrialen DNA tragen, um gesunde Babys zu bekommen. Eine neue Studie von Wei Shang vom Chinese PLA General Hospital, Beijing, Fuchou Tang von der Peking University, Beijing, und Kollegen, veröffentlicht am 16. August im Open-Access-Journal PLOS-Biologie, verwendet mehrere „Omics“-Techniken, um zu zeigen, dass diese als Spindeltransfer bezeichnete Strategie wahrscheinlich sicher ist, mit wenig Hinweis auf genetische oder funktionelle Unterschiede zwischen den resultierenden Embryonen und gesunden Kontrollembryonen der In-vitro-Fertilisation (IVF). Die Ergebnisse werden wahrscheinlich die weitere Einführung des Spindeltransfers für die IVF vorantreiben, wenn das Risiko einer mitochondrialen Erkrankung besteht.
Mitochondrien, die Energiekraftwerke der Zelle, enthalten ihre eigene DNA, deren Mutationen eine Vielzahl von Erbkrankheiten verursachen können, einschließlich metabolischer, muskulärer und neurologischer Störungen. Bei der menschlichen Fortpflanzung werden nur die in der Eizelle enthaltenen mütterlichen Mitochondrien vererbt. Um diese Vererbung zu unterbrechen, wurden Techniken entwickelt, um elterliche Kern-DNA aus Spenderzellen, die gesunde Mitochondrien tragen, entweder kurz vor der Befruchtung (Spindeltransfer) oder kurz danach (Vorkerntransfer) in das Zytoplasma zu platzieren.
Die „Spindel“ bezieht sich auf den Teilungsapparat, der die Kernchromosomen bis zur Befruchtung in Schwebe hält. Beim Spindeltransfer wird die mütterliche Spindel aus einer unbefruchteten Eizelle entfernt und in eine Spenderei eingesetzt, der die eigene Spindel entfernt wurde. (Der Vorkerntransfer entfernt den Vorkern, der sowohl Ei- als auch Spermien-DNA enthält, und platziert ihn in einem Spenderembryo, dessen Vorkern entfernt wurde.) Der Spindeltransfer wurde klinisch eingesetzt, aber es bleiben Fragen zu seiner Sicherheit.
Um diese Frage zu beleuchten, führten die Autoren drei verschiedene Arten von Analysen an Einzelzellen von 23 Blastozysten nach Spindeltransfer durch und verglichen sie mit 23 Kontroll-IVF-Blastozysten. (Die Blastozyste ist die vielzellige Kugel, die sich etwa 5 oder 6 Tage nach der Befruchtung bildet und zur Implantation in die Gebärmutterwand bereit ist.) Sie fanden keinen Unterschied in der DNA-Kopienzahl, einem Maß für die genomische Integrität, zwischen Spindeltransfer- und Kontroll-Blastozysten. Auch die RNA-Expressionsprofile waren zwischen den beiden Blastozystentypen ähnlich, unabhängig davon, aus welcher Schicht der Blastozyste die Zellen entnommen wurden.
Die Autoren fanden eine kleine, aber signifikante Verringerung des Grades der DNA-Demethylierung in Spindeltransfer-Blastozysten in einer Schicht, dem Trophektoderm, jedoch nicht in zwei anderen Schichten. Die DNA-Demethylierung ist einer der Prozesse, die zur Erhöhung der Genexpression während der Entwicklung verwendet werden, und ihre Analyse deutete darauf hin, dass die Verringerung eher ein Beweis für eine leichte Verzögerung des Prozesses war als für eine dauerhafte Unfähigkeit, die betroffenen Gene hochzuregulieren. „Es ist durchaus möglich, dass die Spindel-Transfer-Embryonen nach dem Blastozysten-Stadium die vollständige DNA-Demethylierung vor der Implantation nachholen können“, sagte Tang.
„Wir kommen zu dem Schluss, dass der Spindeltransfer im Allgemeinen sicher zu sein scheint und die Embryonalentwicklung nicht ernsthaft stört. Angesichts der Einschränkungen der Studie sind jedoch noch mehr Dimensionen und groß angelegte Auswertungen erforderlich, um festzustellen, ob diese Technik auf ein breiteres Spektrum klinischer Anwendungen angewendet werden kann Versuche.“
Tang fügt hinzu: „Der Spindeltransfer kann möglicherweise verwendet werden, um die Keimbahnübertragung von Krankheiten im Zusammenhang mit mitochondrialen DNA-Mutationen zu verhindern. Seine Sicherheit wurde jedoch nicht umfassend bewertet. Diese Studie lieferte die ersten systematischen Analysen des Transkriptoms, des DNA-Methyloms und des Genoms (Kopie Zahlvariationen) von spindeltransferierten Blastozysten bei Einzelzellauflösung und zeigte, dass das Spindeltransferverfahren im Allgemeinen sicher für die embryonale Entwicklung zu sein scheint, wobei nur die globale DNA-Demethylierung in der Trophektoderm-Linie der Blastozysten leicht verzögert ist.
Single-Cell-Multiomics-Analysen spindeltransferierter menschlicher Embryonen deuten auf eine weitgehend normale Embryonalentwicklung hin, PLoS-Biologie (2022). DOI: 10.1371/journal.pbio.3001741