Much emphasis is currently given to the use of Interspecific Somatic Cell Nuclear Transfer (ISCNT) as a potential salvage tool for endangered animals. In this short review we present a survey on all data published so far on ISCNT, including abstract communication in international meetings. From the analysis of these data it appears that the results obtained are very preliminary and often confusing on the real stage of the embryonic development obtained. Moreover, the acronym ISCNT is improperly used because in many reports the nuclei and oocyte donor are not within the same species, but belong to different order and sometimes taxa, therefore, we classified all the ISCNT reports by allocating cell and oocyte donors to their respective order/species/class. The efficiency of cloning is low in all species owing to incomplete nuclear reprogramming of differentiated cells under the current procedures. ISCNT, however, poses additional hurdles which are rarely addressed in previously published work, and on which we focus in this review: mt/genomic DNA compatibility; embryonic genome activation of the donor nucleus by the recipient oocyte; availability of suitable foster mothers for ISCNT embryos. All these issues are discussed here, and possible solutions for the successful application of somatic cell nuclear transfer to endangered animals are also put forth.
Titre de la review
Transfert de noyau de cellule somatique inter-espèce : un outil salvateur nécessitant une première aide
Transfert de noyau de cellule somatique inter-espèce : un outil salvateur nécessitant une première aide
Résumé de la review
Le siècle précédent a vu une réduction dramatique des populations animales. Paradoxalement, ce problème est aussi vrai pour les espèces domestiques, où de nombreuses races locales sont en voie de disparition. De ce fait, les technologies de reproduction sont de plus en plus considérées comme un moyen d’accroître les populations animales. Une des méthodes récemment mises en avant est le transfert de noyau de cellule somatique inter-espèce (ISCNT), qui permet de cloner un individu d'une espèce en transférant le noyau d'une de ses cellules somatiques dans un oocyte d'un individu d'un autre espèce proche. L'embryon est ensuite transféré dans une mère porteuse (souvent la donneuse d'oocyte) où il se développe. Cependant, cette technique présente plusieurs problèmes. Le but de cette review est d’en présenter les principaux, ainsi que les solutions réalistes envisageables.
Le premier problème est la mauvaise reprogrammation nucléaire affectant une grande partie des embryons clonés. Lors du développement d'un embryon, les patrons de méthylation du noyau sont complètement réinitialisés afin que la cellule retrouve un état totipotent. Dans le cas des embryons produits par ISCNT, cette reprogrammation se fait mal, et les individus produits sont généralement mal formés et non viables. De nombreuses solutions ont été envisagées mais seulement deux semblent apporter des résultats : l'utilisation d'agents de remodelage de la chromatine (TSA), et l'utilisation de cellules souches embryonnaires (ES) comme donneuses de noyaux. Toutefois l'efficacité des TSA n'a été prouvée que chez une espèce, la souris, tandis que les ES ont été isolées chez très peu d'espèces.
Un autre problème, propre à l'ISCNT, est l'incompatibilité entre l'ADN mitochondrial et nucléaire. En effet, les individus produits par ISCNT présentaient tous des mitochondries de l'espèce donneuse d'oocytes. Si la distance phylogénétique avec l'espèce donneuse de noyau est trop importante, des incompatibilités peuvent émerger entre les deux génomes. Bien qu'il ait été montré que l'hétéroplasmie est un état normal chez de nombreuses espèces, l'effet de la distance évolutive entre les individus parents n'a pas été étudié. Une solution à ce problème pourrait être d'injecter dans l'oocyte des mitochondries de l'espèce donneuse de noyau afin d'atteindre un niveau d'hétéroplasmie viable, ce qui est techniquement réalisable mais n'a pas été testé.
Le troisième problème majeur rencontré est l’échec de l'activation du génome zygotique (ZGA) chez les embryons produits par ISCNT. Le ZGA correspond au déclenchement, grâce à des facteurs maternels, de l'activité transcriptionnelle du génome de l'embryon. Des expérimentations de transfert nucléaire inter-genre ont montré que le ZGA échouait à tous les coups. Encore une fois, le succès de la méthode semble dépendre de la distance phylogénétique entre les deux espèces parentes. Si les gènes responsables du ZGA étaient identifiés, il serait possible de contourner le problème en injectant dans l'embryon les protéines correspondantes.
Enfin, le problème que les auteurs considèrent comme le plus important est la disponibilité en mères porteuses. Dans le cas d'espèces en danger, les mères porteuses peuvent être complètement indisponibles, et les barrières spécifiques entre mère et embryon peuvent être importantes quand la distance phylogénétique augmente. Une solution avancée est de transférer la masse cellulaire interne (ICM) de l'embryon dans le trophoblaste d'un embryon de la mère porteuse, mais la faisabilité de cette méthode n'a été démontrée que chez la souris.
Les études sur le transfert nucléaire ont jusque là été menées via une approche d'"essai et erreur", ou les méthodes sont appliquées sur des couples d'espèces sans connaissances préalables. Il semble nécessaire d'augmenter les connaissances sur la reproduction des espèces, et comprendre les mécanismes à l'origine des problèmes présentés si l'on veut voir un jour l'ISCNT réussir.
Le siècle précédent a vu une réduction dramatique des populations animales. Paradoxalement, ce problème est aussi vrai pour les espèces domestiques, où de nombreuses races locales sont en voie de disparition. De ce fait, les technologies de reproduction sont de plus en plus considérées comme un moyen d’accroître les populations animales. Une des méthodes récemment mises en avant est le transfert de noyau de cellule somatique inter-espèce (ISCNT), qui permet de cloner un individu d'une espèce en transférant le noyau d'une de ses cellules somatiques dans un oocyte d'un individu d'un autre espèce proche. L'embryon est ensuite transféré dans une mère porteuse (souvent la donneuse d'oocyte) où il se développe. Cependant, cette technique présente plusieurs problèmes. Le but de cette review est d’en présenter les principaux, ainsi que les solutions réalistes envisageables.
Le premier problème est la mauvaise reprogrammation nucléaire affectant une grande partie des embryons clonés. Lors du développement d'un embryon, les patrons de méthylation du noyau sont complètement réinitialisés afin que la cellule retrouve un état totipotent. Dans le cas des embryons produits par ISCNT, cette reprogrammation se fait mal, et les individus produits sont généralement mal formés et non viables. De nombreuses solutions ont été envisagées mais seulement deux semblent apporter des résultats : l'utilisation d'agents de remodelage de la chromatine (TSA), et l'utilisation de cellules souches embryonnaires (ES) comme donneuses de noyaux. Toutefois l'efficacité des TSA n'a été prouvée que chez une espèce, la souris, tandis que les ES ont été isolées chez très peu d'espèces.
Un autre problème, propre à l'ISCNT, est l'incompatibilité entre l'ADN mitochondrial et nucléaire. En effet, les individus produits par ISCNT présentaient tous des mitochondries de l'espèce donneuse d'oocytes. Si la distance phylogénétique avec l'espèce donneuse de noyau est trop importante, des incompatibilités peuvent émerger entre les deux génomes. Bien qu'il ait été montré que l'hétéroplasmie est un état normal chez de nombreuses espèces, l'effet de la distance évolutive entre les individus parents n'a pas été étudié. Une solution à ce problème pourrait être d'injecter dans l'oocyte des mitochondries de l'espèce donneuse de noyau afin d'atteindre un niveau d'hétéroplasmie viable, ce qui est techniquement réalisable mais n'a pas été testé.
Le troisième problème majeur rencontré est l’échec de l'activation du génome zygotique (ZGA) chez les embryons produits par ISCNT. Le ZGA correspond au déclenchement, grâce à des facteurs maternels, de l'activité transcriptionnelle du génome de l'embryon. Des expérimentations de transfert nucléaire inter-genre ont montré que le ZGA échouait à tous les coups. Encore une fois, le succès de la méthode semble dépendre de la distance phylogénétique entre les deux espèces parentes. Si les gènes responsables du ZGA étaient identifiés, il serait possible de contourner le problème en injectant dans l'embryon les protéines correspondantes.
Enfin, le problème que les auteurs considèrent comme le plus important est la disponibilité en mères porteuses. Dans le cas d'espèces en danger, les mères porteuses peuvent être complètement indisponibles, et les barrières spécifiques entre mère et embryon peuvent être importantes quand la distance phylogénétique augmente. Une solution avancée est de transférer la masse cellulaire interne (ICM) de l'embryon dans le trophoblaste d'un embryon de la mère porteuse, mais la faisabilité de cette méthode n'a été démontrée que chez la souris.
Les études sur le transfert nucléaire ont jusque là été menées via une approche d'"essai et erreur", ou les méthodes sont appliquées sur des couples d'espèces sans connaissances préalables. Il semble nécessaire d'augmenter les connaissances sur la reproduction des espèces, et comprendre les mécanismes à l'origine des problèmes présentés si l'on veut voir un jour l'ISCNT réussir.
Ce que cette review apporte au débat
Cette review présente les écueils méthodologiques majeurs rencontrés dans l'application de la technique de clonage la plus courante, le transfert nucléaire. Ces problèmes sont récurrents et sont repris dans de nombreuses autres reviews et articles. Les auteurs soulèvent également un point important : si le clonage conservatif veut un jour prendre de l'ampleur, il est nécessaire de travailler à régler les problèmes soulevés et améliorer les connaissances sur la biologie reproductive des espèces concernées plutôt que d'essayer de cloner différentes espèces et produire des résultats descriptifs.
Cette review présente les écueils méthodologiques majeurs rencontrés dans l'application de la technique de clonage la plus courante, le transfert nucléaire. Ces problèmes sont récurrents et sont repris dans de nombreuses autres reviews et articles. Les auteurs soulèvent également un point important : si le clonage conservatif veut un jour prendre de l'ampleur, il est nécessaire de travailler à régler les problèmes soulevés et améliorer les connaissances sur la biologie reproductive des espèces concernées plutôt que d'essayer de cloner différentes espèces et produire des résultats descriptifs.
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