Informatie

Klonen en telomeren


Ik las dat de lengte van de telomeren in Dolly korter was, omdat het DNA afkomstig was van een oud schaap. Kortere telomeren kunnen leiden tot vroegtijdige veroudering. Wat gebeurt er nu met klonen? Gebruiken we een telomerase om de lengte in een donorcel te herstellen?


Nee, het lijkt niet gebruikelijk te zijn. Een behandeling met telomerase zou waarschijnlijk meer kwaad dan goed doen, en in de eerste plaats misschien helemaal niet nodig zijn.

Betts en collega's publiceerden een onderzoek waarin ze de telomeerlengte bij gekloond vee onderzochten. Ze ontdekten dat, hoewel de telomeerlengte in gekloonde embryo's iets korter begint dan in natuurlijk geproduceerde embryo's, tegen de tijd dat de normale processen van embryonale ontwikkeling in volle gang waren, de telomeerlengte in gekloonde en natuurlijke embryo's equivalent was.

De resultaten van Betts zijn logisch in het licht van het feit dat telomerase-activiteit (en de activiteit van vele, vele verwante eiwitten) normaal gesproken wordt opgereguleerd in embryonale cellen.

Wat Dolly betreft, hoewel het waar is dat haar telomeren korter waren dan die van een gemiddeld schaap van dezelfde leeftijd op het moment van haar dood, is het verre van duidelijk dat die korte telomeren iets te maken hadden met haar achteruitgang. Houd er ook rekening mee dat ze niet zomaar plotseling in de nacht omviel, ze werd geëuthanaseerd. Een daaropvolgende autopsie toonde aan dat ze een vorm van longkanker had die werd veroorzaakt door een retrovirus dat veel voorkomt bij schapen.

Bewerken: waarom zijn de telomeren van Dolly ingekort?

Dit is een goede vraag, aangezien de bevindingen van verkorte telomeren in het geval van Dolly de bevindingen in de Betts-paper tegenspreken. Het is duidelijk dat we meer citaten nodig hebben:

- "Analyse van telomeerlengtes bij gekloonde schapen." Shiels et al, 1999

Dit is het oorspronkelijke citaat voor de bewering dat de telomeren van Dolly waren ingekort. Er is niet al te veel extra informatie omdat het een erg kort artikel is (brief van 1 pagina). Ze keken naar andere gekloonde schapen die waren gemaakt van andere soorten cellen dan huidcellen (zoals Dolly was) en zagen hetzelfde soort telomeerverkorting ten opzichte van controles. Ze vermelden ook dat de telomeerlengte van Dolly binnen de normale variatie voor schapen kan vallen.

- "Opmerkelijke verschillen in telomeerlengtes tussen gekloonde runderen afgeleid van verschillende celtypes." Miyashita et al, 2002

De onderzoekers ontdekten dat de telomeerlengte bij gekloonde runderen sterk afhankelijk was van het type cel waarvan de kloon afkomstig was. Klonen gemaakt van borstcellen hadden bijvoorbeeld de neiging om verkorte telomeren te hebben, terwijl die afgeleid van spiercellen telomeren van normale lengte hadden.

- "De analyse van telomeerlengte en telomerase-activiteit bij gekloonde varkens en koeien.", Jeon, 2005

Deze groep ontdekte dat gekloonde runderen telomeren van normale lengte hadden, terwijl gekloonde varkens langwerpige telomeren hadden. Om deze resultaten te verklaren, ontdekten ze dat de telomerase-activiteit bij gekloonde varkens was opgereguleerd in vergelijking met controlevarkens, terwijl de telomerase-activiteit bij gekloonde runderen overeenkwam met die van controlevee.

Hoe moeten we al deze informatie nemen? We kunnen op zijn minst zeggen dat de telomeerlengte in klonen sterk afhankelijk is van de soort en van het bronweefsel, en dat de telomeerlengte kan toenemen, afnemen of gelijk blijven bij gekloonde dieren in vergelijking met controledieren. Het is duidelijk dat telomeerlengte bij gekloonde dieren een lastige eigenschap is. Het is zeer waarschijnlijk dat het ook afhangt van de exacte details van het kloonprotocol zoals het werd uitgevoerd (d.w.z. hoeveel trilden de handen van de onderzoeker toen ze de naald inbrachten om de kern eruit te zuigen?, enz.).

Dus ik zou zeggen niet te veel in Dolly's verkorte telomeren te lezen. Ze kunnen het gevolg zijn van het feit dat ze een kloon is, of ze kunnen het gevolg zijn van natuurlijke variatie. In beide gevallen waren de verkorte telomeren niet gekoppeld aan haar slechte gezondheid, en het is waarschijnlijk dat kleine aanpassingen aan het kloonprotocol eventuele verschillen in telomeerlengte in toekomstige klonen zouden elimineren.


[Klonering en analyse van de telomeren van vijf lineaire Streptomyces-plasmiden]

Doelstelling: Streptomyces-stammen werden geïsoleerd uit grondmonsters van Tibet, vijf kleine lineaire plasmiden werden gedetecteerd door gelelektroforese met gepulseerd veld.

Doelstelling: Klonering, sequentiebepaling en analyse van telomeren van deze plasmiden.

Methoden: De telomeren werden gekloond door een gewijzigde procedure - "alkalische behandeling en enzymdigestie in gels".

Resultaten: Telomeren van vijf lineaire plasmiden werden gekloneerd en de sequentie ervan werd bepaald. Vergeleken met de typische Streptomyces-telomeren bevatten de nieuw geïdentificeerde telomeren meerdere palindromen, maar sommige konden hun eerste geconserveerde palindroom I niet "terugvouwen" met de interne palindromen om een ​​"superhaarspeld" te vormen, en palindromen van sommige telomeren niet bevatten de 3-nt "lus".

Conclusie: Nieuwe telomeersequenties werden gekloond met een aangepaste procedure. Zowel het terugvouwen van de telomere palindromen als de 3-nt-lus van palindromen varieerden tussen telomeren.


Blackburn, E.H. & Szostak, J.W. A. ds. Biochem. 53, 163–194 (1984).

Shampay, J., Szostak, J.W. & Blackburn, E.H. Natuur 310, 154–157 (1984).

Walmsley, R.W., Chan, C.S.M., Tye, B-K. & Petes, T.D. Natuur 310, 157–160 (1984).

Sugawara, N. & Szostak, J.W. Gist 2 (Suppl.) 373 (1986).

Blackburn, E.H. & Gall, J.G. J. molec. Biol. 120, 33–53 (1978).

Klobutcher, L.A., Swanton, M.A., Donini, P. & Prestcott, D.M. Proc. nat. Acad. Wetenschap. VS. 78, 3015–3019 (1981).

Ponzi, M., Pace, T., Dore, E. & Frontali, C. EMBO J. 4, 2991–2995 (1985).

Emery, H.S. & Weiner, A.M. Cel 26, 411–419 (1981).

Blackburn, E.H. & Challoner, P.B. Cel 36, 447–457 (1984).

Van der Ploeg, L.H.T., Liv, A.Y.C. & Borst, P. Cel 36, 459–468 (1984).

Forney, J., Henderson, E.R. & Blackburn, E.H. Nucleïnezuren Res. 15, 9143–9152 (1987).

Cooke, H.J., Brown, W.R.A. & Rappold, G.A. Natuur 317, 687–692 (1985).

Cooke, H.J. & Smith, B.A. Cold Spring Harbor Symp. kwantitatief. Biol. 51, 213–219 (1986).

Allshire, R.C. et al. Natuur 332, 656–659 (1988).

Moyzis, R.K. et al. Proc. nat. Acad. Wetenschap. VS. 85, 6622–6626 (1988).

Richards, E.J. & Ausubel, F.M. Cel 53, 127–136 (1988).

Pluta, A.F., Dani, G.M., Spear, B.B. & Zakian, V.A. Proc. nat. Acad. Wetenschap. VS. 81, 1475–1479 (1984).

Cooke, H.J. & Cross, S.H. Nucleïnezuren Res. 16 11817 (1988).

Burke, D.T., Carle, G.F. & Olsen, M.V. Wetenschap 236, 806–812 (1987).

Burgers, P.M.J. & Percivals, K. J. analist. Biochem. 163, 391–397 (1987).

Murray, A.W., Schultes, N.P. & Szostak, J.W. Cel 45, 529–536 (1986).

Szostak, J.W. & Blackburn, E.H. Cel 29, 245–255 (1982).

Gottschling, D.E. & Zakian, V.A. Cel 47, 195–205 (1986).

Berman, J., Tachibana, C. Y. & Tye, BK. Proc. nat. Acad. Wetenschap. VS. 83, 3713–3717 (1986).

Sen, D. & Gilbert, W. Natuur 334, 364–366 (1988).

Draaibank, R., Kierny, M.P., Skory, S. & Lecocq, J.P. DNA 3, 173–182 (1984).

Bellis, M., Pages, M. & Roizes, G. Nucleïnezuren Res. 15, 6747 (1987).

Nakaseko, Y., Adachi, Y., Funahashi, S., Niwa, O. & Yanagida, M. EMBO J. 5, 1011–1021 (1986).


Auteurs informatie

Lin Liu: Lin Liu, behaalde een doctoraat in reproductieve biologie en biotechnologie aan de landbouwuniversiteit van Peking. Hij was gastonderzoeker aan het BBSRC Babraham Institute, Cambridge, VK, en volgde daarna een tweejarige postdoctorale opleiding aan de Cornell University en de University of Connecticut, VS. Hij werkte als onderzoeker en assistent-professor (onderzoek) bij Women & Infants Hospital/Brown Medical School. Hij is professor aan de Nankai University, Adjunct Assistant Scientist bij Marine Biological Laboratory, Visiting Assistant Professor aan de University of South Florida College of Medicine en lid van H Lee Moffitt Cancer Center & Research Institute. Hij was lid van American Association for the Advancement of Science (AAAS), Society for the Study of Reproduction (SSR), International Embryo Transfer Society (IETS), New York Academy of Sciences (NYAS) en raadslid van Reproductive Biology onder Zoological Society China. Dr. Liu's onderzoek richt zich op reproductieve veroudering en eicelveroudering, moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan vroege embryonale ontwikkeling en differentiatie, en differentiatie van volwassen stamcellen. Hij is ook geïnteresseerd in het afleiden en begrijpen van patiëntspecifieke stamcellen die effectief kunnen worden gebruikt voor regeneratieve geneeskunde, met name voor de behandeling van reproductieve veroudering en aanverwante ziekten.

Voorkeuren

College of Life Sciences, Nankai University, Tianjin, China

Afdeling Obstetrie en Gynaecologie, University of South Florida College of Medicine, Tampa, Florida, VS

Lin Liu, Maja Okuka & David L Keefe

College of Life Sciences, Sun Yat-Sen University, Guangzhou, China

Lin Liu, Chao Li, Lingjun Zhou & Chao Wu

Centrum voor Regeneratieve Biologie en Afdeling Dierwetenschappen, Universiteit van Connecticut, Storrs, CT, VS


DNA KLONEN VECTOREN

Plasmiden zijn de meest gebruikte kloneringsvectoren. Plasmiden zijn populair omdat ze het klonen en manipuleren van kleine stukjes DNA mogelijk maken en daardoor nuttig zijn bij moleculair-biologische technieken. Een van de eerste veelgebruikte plasmide-DNA-vectoren, pBR322 genaamd, was ontworpen om genen te hebben voor ampicilline- en tetracyclineresistentie en verschillende bruikbare restrictieplaatsen.

KENMERKEN VAN DNA-KLONINGSVECTOREN

Moderne plasmide-DNA-kloneringsvectoren bevatten gewoonlijk de kenmerken.

  1. MAAT – Ze moeten klein genoeg zijn om gemakkelijk te kunnen worden gescheiden van chromosomaal DNA van gastheerbacteriën.
  2. OORSPRONG VAN REPLICATIE(ori) '8211 De plaats voor DNA-replicatie waardoor plasmiden afzonderlijk van het chromosoom van de gastheercel kunnen repliceren. Het aantal plasmiden in de cel wordt het kopienummer genoemd. De meeste van de gewenste kloneringsplasmiden staan ​​bekend als plasmiden met een hoog aantal kopieën omdat ze kunnen repliceren om honderden of duizenden plasmidekopieën te maken.
  3. MEERDERE KLONINGSSITE '8211 De MCS, ook wel een poly-linker genoemd, is een stuk DNA met herkenningssequenties voor veel verschillende restrictie-enzymen. Een MCS biedt veel mogelijkheden om eventuele DNA-inserts toe te voegen.
  4. SELECTEERBARE MARKERGENEN – Deze genen maken de selectie en identificatie mogelijk van bacteriën die zijn getransformeerd met een recombinant plasmide in vergelijking met niet-getransformeerde cellen. Voorbeeld, ampicillineresistentie en tetracyclineresistentie en lacZ-gen gebruikt voor blauwe '8211 witte selectie.
  5. RNA POLYMERASE PROMOTER SEQUENTIE – Deze sequenties worden gebruikt voor transcriptie van RNA in vivo en in vitro door RNA-polymerase.
  6. DNA SEQUENCING PRIMER SEQUENTIE – Deze sequenties maken nucleotide-sequencing mogelijk van gekloonde DNA-fragmenten die in het plasmide zijn ingevoegd.
SOORTEN VECTOREN

Elke vector heeft zijn belangrijke rol in moleculair-biologische technieken. Daarom zijn er verschillende kloneringsvectoren.

DNA van bacteriofaag lambda een van de eerste faagvectoren die bij het klonen werd gebruikt. Het lambda-chromosoom is een lineaire structuur van 49 kb. Gekloneerd DNA wordt ingebracht op restrictieplaatsen in het midden van het lambda-chromosoom. Recombinante chromosomen worden in vitro verpakt in virale deeltjes en deze fagen worden gebruikt om E.coli te infecteren die als een grasveld groeit. Aan elk uiteinde van het lambda-chromosoom bevinden zich 12 nucleotidesequenties die cohesieve plaatsen (COS) worden genoemd en die basenparen met elkaar kunnen maken. Wanneer lambda E.coli als gastheer infecteert, gebruikt het Lambda-chromosoom deze COS-plaatsen om te circulariseren en vervolgens te repliceren. Een belangrijk voordeel van het gebruik van deze vectoren is dat ze het klonen van grotere DNA-fragmenten dan plasmiden mogelijk maken.

Afbeelding tegoed

2. COSMID VECTOREN

Cosmide-vectoren bevatten COS-uiteinden van lambda-DNA, een plasmide-oorsprong van replicatie, en genen zijn verwijderd. DNA wordt gekloneerd in een restrictieplaats en het cosmide wordt verpakt in virale deeltjes, een s wordt gedaan met bacteriofaagvectoren. Bacteriële kolonies worden gevormd op een plaat en recombinanten worden gescreend door middel van antibioticaselectie. Een belangrijk voordeel van cosmiden is dat ze de klonering van DNA-fragmenten in het bereik van 20-45 kb mogelijk maken.

3. EXPRESSIE VECTOREN

Eiwitexpressievectoren maken expressie op hoog niveau van eukaryote eiwitten in de bacteriële cellen mogelijk omdat ze een prokaryotische promotorsequentie bevatten naast de plaats waar DNA in het plasmide is ingebracht. Bacteriële RNA-polymerase kan aan de promotor binden en grote hoeveelheden RNA synthetiseren, dat vervolgens wordt vertaald in eiwit. Eiwit kan vervolgens worden geïsoleerd met behulp van biochemische technieken.

4. BACTERILE KUNSTMATIGE CHROMOSOMEN

Bacteriële kunstmatige chromosoom (BAC's) zijn grote plasmiden met een laag aantal kopieën, aanwezig als één of twee kopieën in bacteriële cellen die genen bevatten die coderen voor de F-factor. BAC's kunnen DNA-inserts in het bereik van 100 - 8211 - 300 kb accepteren. BAC's werden veel gebruikt in het Human Genome Project om grote stukken menselijke chromosomen te klonen en te sequensen.

5. KUNSTMATIGE CHROMOSOMEN VAN GIST

Kunstmatige gistchromosomen (YAC's) zijn kleine plasmiden die in E.coli worden gekweekt en in gistcellen worden geïntroduceerd. Een YAC is een miniatuurversie van een eukaryoot chromosoom. YAC's bevatten een replicatieoorsprong, selecteerbare markers, twee telomeren en een centromeer die replicatie van de YAC en segregatie in dochtercellen tijdens celdeling mogelijk maakt. Vreemde DNA-fragmenten worden gekloneerd in de restrictieplaats in het centrum van de YAC. YAC's zijn nuttig voor het klonen van grote DNA-fragmenten van 200 kb tot ongeveer. 2 megabases (mb = 1 miljoen basen) groot. YAC's zijn ook gebruikt in het Human Genome Project.

6. Ti VECTOREN

afbeelding tegoed

Dit zijn natuurlijk voorkomende plasmiden die zijn geïsoleerd uit de bacterie Agrobacterium tumefaciens. Een door de bodem overgebrachte Gram-negatieve ziekteverwekker die tweezaadlobbige planten infecteert door kroongalziekte te veroorzaken. Bij binnenkomst in een cel voegt de A. tumefaciens een deel van zijn DNA (T-DNA) van het Ti-plasmide in het gastheerchromosoom in. Daarom maakten de plantengenetici gebruik van deze eigenschap van de bacteriën en gebruikten het om hun gen van belang in te voegen met A. tumefaciens als vector in de gastheercel.

afbeelding tegoed


Arnold C, Hodgson IJ (1991) Vectorette PCR: een nieuwe benadering van genomisch wandelen. PCR Meth Appl 1:39–42

Belostotsky DA, Ananiev EV (1990) Karakterisering van relikwie-DNA uit gerstgenoom. Theor Appl Genet 80:374-380

Bennet MD, Smith JB (1976) Nucleaire DNA-hoeveelheden in angiospermen. Phil Trans R Soc Londen (Biol) 274:227–274

Blackburn EH (1991 a) Structuur en functie van telomeren. Natuur 350:569-573

Blackburn EH (1991 b) Telomeren. Trends Biochem Sci 16:378–381

Broun P, Ganal MW, Tanksley SD (1992) Telomere arrays vertonen hoge niveaus van erfelijk polymorfisme bij nauw verwante plantenvariëteiten. Proc Natl Acad Sci VS 89:1354-1357

Chan CSM, Tye BK (1983) Organisatie van DNA-sequenties en replicatieoorsprong bij gisttelomeren. Cel 33:563-573

Cooke HJ, Brown WRA, Rappold GA (1985) Hypervariabele telomere sequenties van de menselijke geslachtschromosomen zijn pseudo-autosomaal. Natuur 317:687-692

Corcoran LM, Thompson JK, Walliker D, Kemp DJ (1988) Homologe recombinatie binnen subtelomere herhalingssequenties genereert polymorfismen van chromosoomgrootte in P. falciparum. Cel 53:807-813

Cross SH, Allshire RC, McKay SJ, McGill NI, Cooke HJ (1989) Klonering van menselijke telomeren door complementatie in gist. Natuur 338: 771–774

Devereux J, Haeberli P, Smithies O (1984) Een uitgebreide set sequentieanalyseprogramma's voor de VAX. Nucleïnezuren Res 12:387-395

Ganal MW, Lapitan NLW, Tanksley SD (1991) Een moleculair en cytogenetisch onderzoek van belangrijke herhaalde DNA-sequenties in tomaat (Lycopersie esculentum). Plantencel 3:87-94

Kleinhofs A (1992) Het voortgangsrapport voor het in kaart brengen van de NABGMP. Barley Genet Nieuwsbrief (in druk)

Kleinhofs A, Chao S, Sharp PJ (1988) In kaart brengen van nitraatreductasegenen in gerst en tarwe. In: Miller TE, Koebner RMD (eds) Proc 7th lnt Wheat Genet Symp Vol 1, Bath Press, Bath, pp 541-546

Kleinhofs A, Kilian A (1992) RFLP-kaarten van gerst. In: Phillips RL, Vasil IK (eds) DNA-gebaseerde markers in planten. Vooruitgang in cellulaire en moleculaire biologie van planten, vol. 1, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, (in druk)

Lander ES, Green P, Abrahamson J, Barlow A, Daly MJ, Lincoln SE, Newburg L (1987) MAPMAKER: een interactief computerpakket voor het construeren van primaire genetische koppelingskaarten van experimentele en natuurlijke populaties. Genomica 1:174-181

de Lange T, Shiue L, Myers RM, Cox DR, Naylor SL, Killery AM, Varmus HE (1990) Structuur en variabiliteit van menselijke chromosoomuiteinden. Mol Cel Biol 10:518-527

Murray V (1989) Verbeterde dubbelstrengs DNA-sequencing met behulp van de lineaire polymerasekettingreactie. Nucleïnezuren Res 17:8889

Petracek ME, Lefebvre PA, Silflow CD, Berman J (1990) Chlamydomonas telomeersequenties zijn A + T-rijk maar bevatten drie opeenvolgende G · C-basenparen. Proc Natl Acad Sci VS 87:8222–8226

Richards EJ, Ausubel FM (1988) Isolatie van een hogere eukaryote telomeer van Arabidopsis thaliana. Cel 53:127-136

Riley J, Butler R, Ogilvie D, Finniear R, Jenner D, Powell S, Anand R, Smith JC, Markham AF (1990) Een nieuwe, snelle methode voor de isolatie van terminale sequenties van gist kunstmatige chromosoom (YAC) klonen. Nucleïnezuren Res 18:2887-2890

Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T (1989) Moleculair klonen van een laboratoriumhandleiding. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York

Schwarzacher T, Heslop-Harrison JS (1991) In situ hybridisatie om telomeren te planten met behulp van synthetische oligomeren. Genoom 34:317-323

Weber B, Collins C, Robbins C, Magenis RE, Delaney AD, Gray JW, Hayden MR (1990) Karakterisering en organisatie van DNA-sequenties naast de menselijke telomeer-geassocieerde herhaling (TTAGGG)N. Nucleïnezuren Res 18:3353-3361

Zakian AW (1989) Structuur en functie van telomeren. Annu Rev Genet 23:579–604


Bronnen

BOEKEN

Bruin, Terry. Genklonen en DNA-analyse. Boston: Blackwell Publishing, 2006.

Caplan, Arthur en Glenn McGee, eds. Het debat over het klonen van mensen. Berkeley: Berkeley Hills Books, 2006. McGee, Glenn. Het debat over het klonen van mensen. Berkeley: Berkeley Hills-boeken, 2002.

Wetenschappelijke Amerikaan. Klonen begrijpen. New York: Warner Books, 2002.

TIJDSCHRIFTEN

Loi, Pasqualino, Grazyna Ptak, Barbara Barboni, Josef Fulka Jr., Pietro Cappai en Michael Clinton, Genetische redding van een bedreigd zoogdier door middel van nucleaire overdracht tussen soorten met behulp van postmortale somatische cellen. ” Natuur Biotechnologie (oktober 2001):962 – 964

Ogonuki, Narumi, et al. Vroege dood van muizen gekloond uit somatische cellen. ” Natuurgenetica (11 februari 2002): 253-254


Interactieve bronnen voor scholen

Transcriptiefactoren

Transcriptiefactoren zijn eiwitten die binden aan het nucleaire DNA, de transcriptie van het genetisch materiaal reguleren en soms het mRNA dat daardoor wordt gevormd veranderen.

Differentiatie

Het genetisch gecontroleerde proces waarbij een niet-gespecialiseerde stamcel een cel wordt met gespecialiseerde structuren die een bepaalde functie vervult

Niet-coderend RNA

Ongeveer 98% van het getranscribeerde RNA dacht de transcriptie van het DNA direct te reguleren, of door histonmodificatie, of om de transcriptieproducten te wijzigen.

Epigenetica

Epigenetica is de studie van externe factoren die genexpressie en differentiatie beïnvloeden, vaak door bepaalde genen aan of uit te zetten, waardoor de eiwitten die door een DNA-sequentie worden gemaakt, worden veranderd.

Pluripotent

in staat om te differentiëren om bijna elk type cel in het lichaam te vormen, behalve die van de placenta en het vruchtwater.

Klonen problemen

Hoewel klonen een enorm potentieel heeft, voorkomen de problemen die ermee gepaard gaan dat het op grote schaal wordt gebruikt, omdat klonen niet op grote schaal wordt gebruikt, wetenschappers zijn niet gemakkelijk in staat om deze problemen te onderzoeken en hun technieken te verbeteren om ze te overwinnen. Klonen is inefficiënt vanwege problemen in verband met nucleaire overdracht - maar deze kunnen worden verbeterd met de praktijk. Er zijn ook bepaalde genetische problemen die verband houden met klonen - deze leiden tot gezondheidsproblemen en ook tot problemen met het uiterlijk. Geen van de problemen die verband houden met klonen is exclusief: ze worden ook gezien bij normaal en kunstmatig gereproduceerde dieren.

Epigenetica

Een van de belangrijkste problemen met klonen is te wijten aan een van nature voorkomend complex proces dat epigenetica wordt genoemd. Epigenetica regelt differentiatie, het resulteert in veranderingen in de tot expressie gebrachte genen (producerende eiwitten) in een cel of organisme. Van de 20-25.000 genen die we bezitten, worden er slechts 100.000 tegelijk tot expressie gebracht. Mede als gevolg van epigenetica kunnen we veel meer eiwitten produceren dan we genen hebben. De meest gebruikelijke manier waarop genexpressie wordt gecontroleerd, is door de transcriptie van specifieke genen in de kern aan of uit te zetten. Dit wordt veroorzaakt door transcriptiefactoren – eiwitten die zich binden aan het DNA in de kern en het proces van transcriptie van het genetische materiaal beïnvloeden. Sommige transcriptiefactoren binden aan het DNA in een promotorgebied en starten simpelweg de transcriptie van het gen. Anderen maken een bepaald gen min of meer beschikbaar voor transcriptie, waardoor genen effectief worden in- of uitgeschakeld. De DNA-sequentie zelf wordt niet gewijzigd door dit proces - het gebeurt omdat specifieke verbindingen aan een stuk DNA worden gehecht, waardoor het wordt 'uitgeschakeld' of 'activeert'. Het DNA kan direct worden gemethyleerd of gedemethyleerd, of de wikkeling van de histonen (een deel van de chromosoomstructuur) kan worden veranderd door er acetyl- of methylgroepen aan te hechten. Veel van het RNA dat wordt geproduceerd wanneer de DNA-code wordt getranscribeerd, is niet-coderend - het codeert niet voor een specifiek eiwit. Maar dit niet-coderende RNA (ncRNA) tast de eiwitten aan die gemaakt worden. Wanneer er wijzigingen worden aangebracht in het ncRNA, worden ook de geproduceerde eiwitten gemodificeerd. Ten minste enkele van deze veranderingen kunnen ongedaan worden gemaakt - maar omdat ze ingewikkeld zijn en niet volledig worden begrepen, is het moeilijk voor wetenschappers om dit te doen.

SCNT bij reproductief en therapeutisch klonen omvat het gebruik van een kern die epigenetisch gecontroleerde differentiatie heeft ondergaan. Als deze epigenetische veranderingen niet goed kunnen worden teruggedraaid, kan de cel niet worden 'geherprogrammeerd' of ongedifferentieerd en zal het klonen waarschijnlijk helemaal mislukken of resulteren in een organisme met gezondheidsproblemen. Reproductief klonen resulteert in de geboorte van een organisme dat zich ontwikkelt tot een volwassene: dit proces heeft veel stappen waar iets mis kan gaan en zal daarom waarschijnlijk epigenetische problemen meer benadrukken dan therapeutisch klonen. Embryonale celkernoverdracht en kunstmatige twinning hebben veel minder kans op epigenetische problemen omdat ze geen eerder volledig gedifferentieerde kern gebruiken.

De eerste gekloonde kat die werd geproduceerd, heette Carbon Copy, of kortweg CC. Hoewel ze precies hetzelfde genetische materiaal had als haar genetische moeder (Rainbow genaamd), zag ze er anders uit vanwege een proces dat X-inactivatie wordt genoemd, een soort epigenetische controle die voorkomt bij vrouwelijke zoogdieren. Vrouwelijke zoogdieren hebben twee X-chromosomen, maar ze hebben alleen het genetische materiaal van een van deze nodig. Een volledig X-chromosoom wordt in elke cel uitgeschakeld door ncRNA, dat een van de X-chromosomen bedekt en deactiveert. Dit uitschakelen is geheel willekeurig, zodat in verschillende cellen verschillende X-chromosomen worden uitgeschakeld.

Deze inactivatie vindt vrij vroeg in de ontwikkeling plaats, en daarom worden cellen met hetzelfde inactivatiepatroon vaak geclusterd aangetroffen bij volwassenen omdat ze afstammen van één reeds X-geïnactiveerde cel. Bij katten bevinden sommige vachtkleurgenen zich op de X-chromosomen. Rainbow en CC hadden beide hetzelfde genetische materiaal dat codeerde voor verschillende vachtkleuren op elk van hun X-chromosomen. CC werd gekloond uit een cel waarin het X-chromosoom met het gen voor oranje kleuring was uitgeschakeld en het lijkt erop dat het niet meer was ingeschakeld.

Problemen met nucleaire overdracht

Nucleaire overdracht is een zeer inefficiënt proces: de donoreicelkern moet worden verwijderd zonder de rest van de cel te beschadigen, en de donorkern moet uit deze cel worden verwijderd en in de eicel worden overgebracht zonder deze te beschadigen, wat niet eenvoudig is. Het is zelfs nog inefficiënter als het embryo vervolgens in een draagmoeder wordt geïmplanteerd, omdat het embryo in veel gevallen niet wordt geïmplanteerd of een miskraam krijgt. Dat het schaap Dolly zelfs werd geboren was een prestatie: uit Dolly’s ‘genetische moeder’ werden 277 cellen gehaald, die met 277 eieren werden versmolten. Slechts 29 hiervan vormden levensvatbare gereconstrueerde embryo's die in draagmoeders konden worden geïmplanteerd. Van die 29 vroege embryo's ontwikkelde zich er maar één tot een schaap: Dolly.

Naarmate reproductief klonen steeds gebruikelijker wordt, kunnen wetenschappers hun technieken oefenen en wordt klonen efficiënter. De eerste poging om de met uitsterven bedreigde grijze wolf aan de Seoul National University in Zuid-Korea te klonen, leidde in 2005 tot de geboorte van slechts twee levende vrouwtjes, Snuwolf en Snuwolffy genaamd. nog drie wolven slechts drie jaar later.

In het VK is het illegaal om een ​​menselijk embryo, dat niet door bevruchting is ontstaan ​​of waarvan het DNA is veranderd, in een vrouw te plaatsen, met uitzondering van mitochondriale donatie. Op dit moment bestaat er geen kunstmatige baarmoeder die in staat is een zich ontwikkelend embryo gedurende negen maanden vanaf de oprichting te ondersteunen - dus het is in het VK in feite illegaal om een ​​menselijke reproductieve kloon te maken.

Reproductief klonen bij mensen zou niet erg efficiënt of effectief zijn als het zou worden uitgevoerd. Aan het schaap Dolly is te zien hoeveel eieren er nodig waren om één gezond volwassen schaap voort te brengen. Het aantal menselijke eicellen dat wordt verspild, de kans dat het embryo niet goed in de baarmoeder wordt geïmplanteerd, miskraam en de mogelijkheid dat baby's worden geboren met genetische afwijkingen zijn zo hoog dat dit werk zowel door goed wetenschappelijk inzicht als door de wet is verboden.

Telomeer lengte

Veel mensen merkten op dat Dolly stierf toen ze zes jaar oud was. Dit is de helft van de gemiddelde levensduur van een schaap, maar niet bijzonder omdat Dolly ernstige longproblemen had, veroorzaakt door een virus. Wat ongebruikelijk was, waren enkele gezondheidsproblemen van Dolly (zoals artritis) die gewoonlijk niet worden gezien bij schapen, vooral niet van haar leeftijd. Dolly's genetische moeder was zelf zes jaar oud toen haar lichaamscellen waaruit Dolly was gekloond werden verwijderd: betekent dit dat Dolly in feite 12 jaar oud was (een goede leeftijd voor een schaap) toen ze stierf?

Naarmate je ouder wordt, wordt je DNA elke keer dat je cellen zich delen gerepliceerd. De volledige lengte van het chromosoom wordt gerepliceerd, maar de primer aan het einde van de in sectie gekopieerde streng kan niet correct worden verbonden met de rest van de streng, dus wordt deze afgebroken en wordt het DNA verkort. Dit is over het algemeen geen probleem omdat het gedeelte aan het einde van een DNA-streng, een telomeer genaamd, geen genen bevat. Door de vele celdelingen die je hele leven in beslag nemen, kan de telomeer echter zo veel korter worden dat het helemaal verdwijnt en dus gaan delen van het DNA met belangrijke genen verloren. Men denkt dat telomeerverkorting verband houdt met veroudering zodra de telomeren volledig verloren zijn gegaan, belangrijk genetisch materiaal is beschadigd en dit kan de reden zijn voor enkele van de ernstige gezondheidsproblemen die bij oudere mensen worden gezien.

De telomeren van Dolly werden onderzocht en bleken veel korter te zijn dan die van gewone schapen van dezelfde leeftijd. Daarom is het mogelijk dat Dolly's telomeren al half zo lang waren als ze zouden moeten zijn (dezelfde lengte als een schaap van zes jaar) toen ze werd geboren. oude schapen op zesjarige leeftijd.

Dit is echter geen probleem dat bij alle gekloonde dieren voorkomt - Dolly lijkt zelfs de uitzondering te zijn, dus misschien was dit fenomeen toch niet het gevolg van klonen. CC, de eerste gekloonde kat, leeft nog steeds op 16-jarige leeftijd en is de hele tijd normaal en gezond geweest. Na SCNT worden de telomeren van de meeste gekloonde cellen hersteld tot hun volledige of bijna volledige lengte - in de zeer weinige gevallen waarin de telomeren niet voldoende worden hersteld, vertoont het dier gezondheidsproblemen of kan het zelfs sterven voordat het wordt geboren. Dit probleem treft alleen reproductief klonen door SCNT: reproductief klonen met ECNT en kunstmatige twinning gebruiken beide 'jonge' cellen waar de telomeren bijna de volledige lengte hebben en het maakt dus niet uit of ze niet volledig worden hersteld. Bij therapeutisch klonen met SCNT worden de gekloonde cellen niet lang genoeg bewaard om zich vele malen te delen, dus het maakt niet uit of de telomeren niet worden hersteld, omdat ze niet veel meer worden verkort.

Grote nakomelingen syndroom

Large Offspring Syndrome (LOS) is een aandoening die op elk moment bij zoogdieren kan voorkomen. Het komt echter vaker voor bij dieren die zijn voortgebracht door geassisteerde voortplanting - een term die technieken omvat zoals embryotransfer, kunstmatige inseminatie en IVF, evenals reproductief klonen. Bij deze aandoening is de gekloonde foetus die door de draagmoeder wordt gedragen, ongewoon groot en kan deze extra gezondheidsproblemen hebben, zoals ademhalings- en bloedsomloopproblemen veroorzaakt door abnormaal grote organen. Dit heeft niet alleen invloed op de gezondheid van de kloon - de grote omvang van de foetus kan problemen veroorzaken in de late zwangerschap en geboorte voor de draagmoeder.

Elke draagmoeder die een kloon draagt, wordt gecontroleerd, zodat medische hulp (zoals keizersneden) voorhanden is om deze problemen op te lossen. Hoewel een dier bij de geboorte ernstige gezondheidsproblemen kan hebben, is het in de meeste gevallen van normale grootte en gezond. Binnen een paar maanden hebben zijn eigen nakomelingen (indien normaal gereproduceerd) niet meer kans op LOS dan 'gewone' dieren. Niemand weet precies waarom LOS optreedt - afgezien van het feit dat manipulatie van het embryo het waarschijnlijker maakt - maar er zijn verschillende plausibele theorieën.

Er is opgemerkt dat de verschillende kweekomstandigheden waarin het vroege embryo wordt geplaatst voordat het in het surrogaat wordt geïmplanteerd, geassocieerd zijn met verschillende snelheden van LOS. De 'goede' en 'slechte' kweekomstandigheden lijken echter van soort tot soort te verschillen, en de LOS-percentages kunnen zelfs sterk variëren wanneer precies hetzelfde wetenschappelijke protocol op dezelfde locatie voor dezelfde soort op verschillende tijdstippen wordt gebruikt.

De omstandigheden waaraan een embryo wordt blootgesteld nadat het in de draagmoeder is geplaatst, kan ook leiden tot LOS: de omgeving in de baarmoeder verandert vaak, zodat de ontwikkelingssnelheid van het embryo verandert naargelang het draagmoederschap synchroon loopt met de embryoleeftijd.

Er is ook een verband tussen foetussen met LOS en abnormale placenta's - en het lijkt erop dat de placenta abnormaal wordt voordat LOS zich ontwikkelt. Men denkt dat deze placenta-afwijking zou kunnen worden veroorzaakt door epigenetische defecten: het embryo ontwikkelt zich uit pluripotente stamcellen, maar de placenta ontwikkelt zich uit totipotente stamcellen die nog minder gedifferentieerd zijn dan pluripotente cellen. Misschien zijn na SCNT de epigenetische controles op nucleair materiaal omgekeerd, zodat de cellen volledig pluripotent zijn, maar niet helemaal omgekeerd genoeg om de cellen volledig totipotent te maken. Dit zou de moeilijkheid verklaren om een ​​normale placenta te produceren.


Hoe een schaap een revolutie teweegbracht in het klonen

Voorbij zijn de dagen dat klonen een vergezochte droom is, een wetenschapper die grijnst in het gloeiende groene licht van zijn kwaadaardige creatie. Voorbij zijn de dagen dat het concept van klonen alleen maar is dat het nu realiteit is.

Niet veel mensen weten over Dolly het schaap de eerste zoogdier gekloond uit een volwassen somatische cel. Dolly het schaap is geen product van moderne technologie, ze werd ook in 1996 'geboren' in een laboratorium in Schotland na 277 eerdere mislukte pogingen. Dat is ruim 20 jaar geleden.

Dolly is ontstaan ​​door kernsplijting. Wetenschappers namen het DNA van een lichaamscel van een schaap en versmolten het met de eicel (met verwijderde kern) van een ander schaap. Het resulterende embryo werd in een surrogaatschaap geplaatst en zo werd Dolly geboren.

Dolly's impact was enorm. De wereld was geschokt dat een schaap werd gekloond. In de jaren 60 was een kikker gekloond, maar zoogdieren werden tot nu toe als te ingewikkeld beschouwd om te klonen. Dolly bracht de discussie ter sprake over het klonen van mensen en andere soorten. Sinds Dolly zijn er 20 soorten gekloond.

Dolly had in de loop der jaren 6 kinderen en leefde het leven van een normaal schaap. Towards the end of her life, she developed arthritis and contracted a virus that caused her to develop lung cancer. She was euthanized to save her from any pain in 2003 at the age of 6.

According to “The Life of Dolly”, Dolly’s telomeres’ “were shorter than would be expected for a normal sheep of the same age. As an animal or person ages, their telomeres become progressively shorter, exposing the DNA to more damage. It was thought that, because Dolly’s DNA came from an adult sheep, her telomeres had not been fully renewed during her development. This could have meant that Dolly was biologically older than her actual age.”

While Dolly was not found to have any premature aging conditions, it brings up an interesting question: is cloning ethical?

In the United Kingdom, there is a law for the mother cow to be under anesthesia during the embryo transfer process due to the stress it causes the cows. And, according to PETA, cloned animals are also more likely to have faulty immune systems.

Autumn Fiester writes about Dolly and other cloned animals in his essay, “Ethical Issues in Animal Cloning”, writing, “There is a large body of literature citing high rates of miscarriage, stillbirth, early death, genetic abnormalities, and chronic diseases among cloned animals.”(331)

Dolly isn’t the only clone, however, to spark the conversation of bioethics, cloning and mammal-editing.

In 2018, a man by the name of He Jianku announced to the world that he had made the world’s first genetically modified/edited twins. They are also known as the world’s first CRISPR twins. The twins go by the pseudonyms Lulu and Nana. According to this article, there is a third baby as well. He, the first scientist, has been reportedly jailed for three years for “illegally carrying out human embryo gene-editing intended for reproduction, in which three genetically edited babies were born”.

The terrifying thing about Lulu and Nana is just how much is unknown about them. He has claimed that he will publish data regarding the twins, but he has yet to. He has injected the twins with a gene that is meant to protect the twins from HIV but scientists aren’t so sure that's all he did.

Dr. Kiran Musunuru, professor of cardiovascular medicine and genetics at University of Pennsylvania Perelman School of Medicine, says, “These babies were treated as subjects in a grand medical experiment, and we have to believe that they will be studied for the rest of their lives it’s sad actually.”

The notion of editing babies has been a concern of scientists for decades. Autumn Fiester of “Ethical Issues in Animal Cloning” writes, “What makes reproductive cloning morally troubling is that its primary purpose is to create children of a certain kind”. This could further perpuate toxic beauty standards and create hierarchies based on appearance even more than what is already present in society. This could lead to less diversity which could thus lead to less tolerance and acceptance.

“What makes reproductive cloning morally troubling is that its primary purpose is to create children of a certain kind”.

Cloned individuals may have trouble with genetic identity an incredibly important domain of life. Patricia A. Baird writes about this often looked over idea in her brilliant article “Cloning Of Animals And Humans: What Should The Policy Response Be?”. Baird writes about how individuals have certain attributes from both parents while still maintaining a unique identity and how similarities between parents and offspring are an important part of “human identity” (187).

The similarities between parents and offspring is an eternal reminder of the relationship the two share and helps strengthen the bond between them. Sadly, cloned individuals are incapable of experiencing that aspect of “human identity”.

Furthermore, Baird discusses that many children who are adopted show a need to know who their birth parents are to complete a part of their identity. Baird writes that cloned children will “have no chance of having this dual genetic origin” (187). Unfortunately, if cloned individuals do not have friends or people for support they essentially have no one.

Funnily enough, this idea is presented in Frankenstein. In the novel, the monster has no friends, no acquaintances, and no family. His creator, Victor, shuns the monster which deteriorates the monster’s mental state. The monster feels like an outsider compared to society and promises revenge on all humans. When Victor dies, the monster has truly no one and no reason to live.

Now, as science advances and the world holds its breath, we can only watch to see where cloning takes us. For now, we can only contemplate the bioethics of cloning.


Discussie

We find that in the model species S. mediterranea, asexual animals demonstrate the potential to maintain telomere length during regeneration. Sexual animals appear to only lengthen their telomeres through the sexual reproduction process. This finding suggests that asexual individuals will be able to avoid senescence over evolutionary timescales using telomerase, a prerequisite for the formation of an evolutionarily stable fissionating asexual lineage. We did not observe any adverse affects of telomere shortening through Smed-tert(RNAi) or serial regeneration. The difference we observe between asexual and sexual animals is surprising, given that sexual animals also appear to have an indefinite regenerative capacity. We conclude that either they would eventually show effects of telomere shortening or that they are able to use another chromosome end-maintenance mechanism not involving telomerase.

In most species, telomeres erode in the absence of telomerase until a senescent phenotype is seen. In mice, effects of telomere loss are observed by generation 4 and certainly by generation 6 (23, 24). In Arabidopsis, cell cultures can be maintained for a number of population doublings before senescence, whereas sexual generations exhibit effects after six or seven generations (25, 26). In yeast grown asexually, cells senesce after ∼70 generations (27). Trypanosoma brucei appears to escape senescence entirely, with telomere length stabilizing at a shorter length, before senescence, by an unknown mechanism (28).

It is possible that the erosion of telomeres we observe or induce by RNAi is counteracted by mechanisms that give rise to alternative lengthening of telomeres (ALT) not requiring TERT (29, 30). ALT is characterized by an abrupt change in telomere length (29, 30). An ALT mechanism is responsible for telomere elongation in blastomeres of the early mouse embryo (31). This abrupt change in telomere length has not been observed in adult Smed-tert(RNAi) animals or adult sexual animals with declining telomere length. This suggests that the shortened telomeres achieved by RNAi are not short enough to trigger any ALT mechanism, or that any ALT mechanism does not use the telomere repeat for elongation.

Telomere maintenance mechanisms show adaptation in asexuals is achieved at the level of Smed-tert expression. First, PCR and in situ hybridization expression data in the context of irradiated animals suggest that Smed-tert is expressed in irradiated pASCs, and this is also supported by TRAP assay data from intact and irradiated worms (Figs. 1F, 2B, and 3). However, the majority of Smed-tert transcripts present in the pASCs of intact asexual and germ-line cells of sexual animals are missing the TRBD required for binding the telomerase RNA component (Fig. 4). By analogy with all other species, these would not be able to engage in telomere extension. Alternate splicing has also been implicated in the generation of dominant-negative and inactive forms of TERT in vertebrate cells, and may be a common mechanism for differential control of telomerase activity in different animal cell types (32 ⇓ –34). Furthermore, we are able to show that during normal homeostatic turnover of planarian tissues telomerase activity is not sufficient to maintain telomere lengths. During regeneration and fission, asexual animals are able to increase telomere length by producing seven- to eightfold more TRBD-containing transcripts. Direct testing of the roles of the alternate transcripts awaits the development of transgenic techniques in S. mediterranea and/or the ability to use siRNA technology to target splice junctions and stretches of small sequences that are isoform-specific.

Previous work on colonial ascidians (35) and oligochaete worms (36) that have asexual life-history phases and reproduce by fission suggests that passage through a sexual reproductive cycle is required to avoid telomere depletion (35) and senescence (35, 36). In both cases, these animals have the natural option of a sexually reproductive cycle. In the urochordate Botryllus schlosseri that also propagates sexually and asexually, telomerase activity appears to be up-regulated in asexually formed buds (37), although these animals also eventually undergo senescence (38). Longevity experiments to investigate senescence in Hydra that reproduced asexually suggest that they are immortal (4, 39), whereas a sexually reproducing species showed clear signs of degeneration and mortality (40). Although immortal Hydra also appears to share the (TTAGGG)n telomere repeat, there is as yet no data on how or whether they avoid chromosome end depletion (41). These data suggest the possibility that senescence or death of asexual individuals and colonies may in part result from a failure to maintain chromosome ends that are restored by going through a sexually reproductive cycle (35). In the case of “effectively immortal” and obligate asexual S. mediterranea, the end-replication problem in somatic stem cells has been solved by the simple evolutionary changes we have characterized. These allow increased telomerase activity in somatic pASCs, allowing them to be an effective cellular unit of inheritance.


Bekijk de video: Warum hat Darth Vader Padme nach ihrem Tod nicht geklont? (Januari- 2022).