L' evoluzione di un topo con un gene FOXP2

I risultati dello studio sono riportati in dettaglio nella questione 29 maggio della rivista Cell..

Il gene, FOXP2, è stato identificato nel 1998 e la versione umana differisce in modo significativo nella sua sequenza di DNA da quelli di topi e scimmie, così come potrebbe essere previsto per un gene scolpito dalla selezione naturale a svolgere un ruolo importante nella lingua.

Lo sviluppo di topi transgenici - in cui DNA estraneo viene inserito nel genoma del topo - ha fatto sì che le funzioni dei geni FOXP2 possano essere studiate rigorosamente in animali vivi, piuttosto che in una coltura cellulare.

Gli sviluppi nella tecnologia transgenica e integrata da progressi nella clonazione riproduttiva, ha avuto seguito anche in altri mammiferi, compresi ratti, conigli, maiali, mucche, e anche cani e gatti.

Topi con modelli di malattia sono stati utilizzati nella ricerca di disturbi che vanno da anemia e asma per l'autismo e la schizofrenia.
Ma non per tutte le malattie umane puossono essere modellate fedelmente nei roditori. Topi progettati per esprimere il gene della fibrosi cistica, per esempio, non è possibile sviluppare il polmone per i problemi che caratterizzano questa malattia (un modello di maiale per la fibrosi cistica si èdimostrato più utile).
Disturbi della funzione cerebrale superiore, come il morbo di Alzheimer, sono particolarmente impegnative a riprodurre nei roditori, e qui, come in molte altre malattie, è il nostro animale parente più stretto - primati non umani - che offrono potenzialmente preziosi modelli biologici.

Negli Stati Uniti, la ricerca con i primati non umani possono essere condotte con rigorose locali e federali di sorveglianza. Di conseguenza, questo decennio ha visto la generazione di un transgeniche Rh monkey3 primati e il primo modello di una malattia umana, la malattia di Huntington, anche in monkeys4 Rh.
In un altro studio, il trasferimento di un embrione generato transgeniche Rh un transgene-esprimendo placenta5. Ma nessun studio ha dimostrato la trasmissione di DNA estraneo a gameti - lo sperma e uova - che è essenziale per la generazione di prole transgeniche. Da queste prole si potrebbe poi allevare per creare ceppi transgenici-primati.

Gli autori della ricerca hanno studiato il comune marmoset (Callithrix jacchus) - piccole creature che raggiungono la maturità sessuale in poco più di un anno, e che hanno spesso dei gemelli, dopo un relativamente breve periodo di gestazione.
Essi hanno scoperto che gli embrioni prodotti naturalmente, lavata dalla riproduttiva montate tratti di femmine, sono stati migliori vettori del transgene di embrioni generati dalla fecondazione in vitro (IVF). Dopo l'iniezione del transgene, che codifica uno proteina verde fluorescente (GFP), come un reporter di espressione genica, di quasi il 100% naturale embrioni espresso il gene rispetto a circa il 70% del embrioni FIV - quattro dei cinque transgeniche è sviluppato da questi embrioni naturali.

Per migliorare l'efficienza del transgene di consegna, si è ridotto l'uovo all'interno del suo rivestimento esterno mettendolo in una soluzione di zucchero, liberando spazio per l'iniezione di più transgene contenenti particelle.
Dopo il trasferimento di embrioni 80 surrogato al 50 femmine, sono stati istituiti sette gravidanze, con cinque figli.
La GFP transgene è stata incorporata in diversi siti della prole e del genoma è stata espressa in diversi tessuti, come confermato dal verde bagliore della proteina fluorescente. Inoltre, Sasaki et al. seguita fino a questi animali la maturità sessuale e ha rilevato che il transgene è stato nelle loro gameti, offrendo la prospettiva di ottenere prole transgeniche attraverso la trasmissione germinale. Questa speranza è venuta a maturazione, quando il primo topolino concepito dalla UBPA transgenico membro fondatore ha anche espresso UBPA nella sua pelle.

La nascita di questo transgeniche marmoset topolino è senza dubbio una pietra miliare.
La complessità e spesso frustrante nel processo di fare un animale transgenico da zero, ora si verificano solo con fondatore animali.
Le generazioni successive possono essere prodotti naturali di propagazione, con l'eventuale istituzione di transgene specifico della scimmia - potenzialmente preziosa risorsa per lo studio di patologie incurabili umano, e che può anche contribuire a preservare le specie minacciate di estinzione primati.
Lo studio transgeniche dei primati possono anche aiutare a rispondere a domande fondamentali sulla biologia sulle cellule staminali. Primate di cellule staminali sono state recentemente generati da cellule adulte da cloning6 nucleare, e un confronto di queste cellule di pazienti con specifiche cellule staminali pluripotenti indotte - anche derivati da cellule adulte - sarà illuminante.
I modelli transgenici sono potenzialmente utili per la ricerca sulle malattie infettive, immunologia e malattie neurologiche, per esempio. In ingegneria di esprimere difetti di un singolo gene, come la mutazione del gene che causa la distrofia muscolare, potrebbe accelerare la traduzione delle scoperte da topi per i pazienti che hanno poche opzioni terapeutiche. Tuttavia, non hanno limitazioni come modelli di ricerca. Essi sono i primati del Nuovo Mondo, e sono meno strettamente correlati a quelli umani sono Vecchio Mondo primati come babbuini e macachi Rhesus. A causa delle differenze biologiche, le malattie come l'HIV / AIDS, la tubercolosi e la degenerazione maculare può essere studiato solo in primati del Vecchio Mondo.

Inoltre, nonostante il lodevole percentuali di successo realizzati dagli et al.1 Sasaki, i loro risultati pallido in confronto con quelli ottenuti con i topi. Come in altri primati studi, gli autori di virus utilizza un vettore per il trasporto del transgene nel genoma di un embrione dopo l'iniezione. Di conseguenza, il transgene inserti in siti casuali nel DNA bersaglio. Questo è molto meno soddisfacente rispetto a topi transgenici, che sono ormai di routine generata utilizzando le cellule staminali embrionali. Qui, il transgene è direttamente mirato a integrare in, o mutare, un sito specifico in cellule staminali embrionali-genoma sfruttando un naturale processo di riparazione del genoma conosciuto come omologo recombination8. Random transgene integrazione probabilmente portato in alcuni dei marmoset errori, e come si potrebbe teoricamente silenzioso attivare geni che provocano il cancro, o sequenze virali endogene che fanno parte del genoma di accoglienza, di monitoraggio del transgene successione nelle generazioni successive sarà necessario.

Come per tutte le sperimentazioni sugli animali, la modificazione genetica nei primati solleva preoccupazioni per il benessere degli animali. Suggeriamo che le varie considerazioni dovrebbero essere presi in considerazione prima di colonie di primati malattia modelli sono stabiliti (cfr. riquadro 1). Ci sono anche preoccupazioni bioetiche, che sollevare di nuovo con loro questo lavoro. Primo tra questi è la prospettiva di una ingiustificata e imprudente applicazione di tecnologie transgeniche di gameti ed embrioni umani a fini riproduttivi. Tecnologie transgeniche sono ancora primitiva e inefficiente, con rischi sconosciuti per gli animali, per non parlare di persone. Pertanto, la vera e propria necessità per gli attuali orientamenti professionali incorniciato da società e le autorità di regolamentazione (ad esempio, quelle rilasciate dal Regno Unito di fertilizzazione umana e l'embriologia Authority9), che impediscono germinali modificazioni genetiche negli esseri umani. Forse anche l'utilizzo di tecniche per la generazione di cellule staminali embrionali umane da embryos10 che sono state geneticamente modificate per evitare che l'impianto, e che sono, quindi, privi di potenziale di riproduzione, deve essere pesato accuratamente in modo da evitare di andare verso il basso qualsiasi tipo di pendio scivoloso coinvolgendo umani transgenesi.

Con le recenti scoperte nella ricerca sulle cellule staminali e le ultime novità in primate la biologia dello sviluppo, una maggiore attenzione sarà naturalmente incentrato sulle pratiche di tecniche di riproduzione umana assistita - quindi la necessità di considerare calls11, da 12 a stabilire politiche realistiche per disciplinare lavorare con embrioni umani . Anche se il futuro per l'utilizzo di primati transgeniche a fini medici e di ricerca traslazionale ha un futuro luminoso, gli scienziati devono impegnarsi con il pubblico nel dibattito sulla bioetica informato modificazione genetica e l'innovazione in biologia riproduttiva.

Commenti:

hey non possono essere topi parlando di cartoni animati, ma il trasporto di un vero e proprio topi "umanizzato versione" di un gene il pensiero di essere coinvolti nel discorso, un nuovo studio suggerisce.

La scoperta potrebbe contribuire a far luce sul modo in cui l'uomo è evoluto linguaggio e della parola. Mouse sono spesso usati per studiare le cause e gli effetti delle malattie umane perché condividono molte somiglianze genetiche con noi.

"Negli ultimi dieci anni o più, siamo arrivati a capire che il mouse è molto simile per l'uomo", ha dichiarato il co-autore del nuovo studio, Wolfgang Enard del Max-Planck-Institute for Evolutionary Anthrophology. "I geni sono essenzialmente le stesse e anche il lavoro allo stesso modo."

Enard e dei suoi colleghi ha utilizzato questa somiglianza genetica per ottenere intuizioni l'evoluzione del parlato umano.

"Con questo studio, si ottiene il primo sguardo che i topi possono essere utilizzati per lo studio non solo della malattia, ma anche la nostra storia", ha detto Enard.

Enard studi di genetica umana e le differenze tra i nostri parenti primati. Ad esempio, gli esseri umani hanno due aminoacidi (i mattoni delle proteine) sostituzioni in un gene chiamato FOXP2 rispetto ai scimpanzé.

Le modifiche in questo gene è diventato fisso dopo la linea evolutiva per l'uomo diviso da quello di scimpanzé. Studi precedenti suggeriscono che la versione umana dei geni è stato scelto per i nostri antenati hominid, forse perché influenzato importanti aspetti di parola e di lingua.

Persone che portano uno nonfunctional versione del gene FOXP2 hanno menomazioni nel calendario dei movimenti facciali necessari per parola, il che fa pensare che l'aminoacido sostituzioni contribuire alla messa a punto di controllo motore per il muscolo movimenti delle labbra, della lingua e della laringe.

"Modifiche in FOXP2 avvenuti nel corso dell'evoluzione umana e sono i migliori candidati per le mutazioni genetiche che potrebbero spiegare il motivo per cui si può parlare", ha detto Enard. "La sfida è quella di studio è funzionale".

Qual è esattamente ciò che il team di cui a che fare con i topi.

I ricercatori hanno introdotto il umana sostituzioni nella FOXP2 gene dei topi, che è sostanzialmente identico a quello di scimpanzé.

I topi con il gene umano FOXP2 non iniziare babbling come i neonati, naturalmente, ma hanno mostrato cambiamenti nel cervello circuiti che sono stati precedentemente collegato al discorso umano. Il topo geneticamente modificato cuccioli anche mostrato differenze di ultrasuoni vocalizations loro uso, quando collocato al di fuori delle comodità del loro madri 'nidi. Ma non si sa abbastanza circa mouse comunicazione di leggere troppo in quanto questi cambiamenti significa Enard osservato.


Altre ricerche saranno necessarie per determinare l'esatta effetti del gene e il modo in cui potrebbero riferirsi a differenze tra gli esseri umani e scimpanzé.

"Attualmente, si può solo speculare sul ruolo questi effetti possono avere svolto durante l'evoluzione umana", ha scritto i ricercatori.