Těžko by se našel někdo, kdo by dobrovolně čichal sulfan (dříve sirovodík) – plyn páchnoucí po zkažených vejcích. Je tak jedovatý, že předčí i nechvalně proslulé cyankali a přitom buňky savců bez něj nemohou být. Samy si ho v malém množství vyrábějí a využívají jako signální molekulu, tzv. gasotransmiter, v různých tkáních a orgánech, počínaje stěnami cév a konče mozkem. Neměli jsme ale tušení, že tento plyn se podílí i na zrání savčích vajíček.

Biotechnologové při práci s hospodářskými zvířaty, i lékaři asistované reprodukce, využívají metodu oplození ve zkumavce (in vitro). Při ní je zapotřebí vytvořit samičím pohlavním buňkám oocytům ve vaječnících takové podmínky, aby vyzrály a vytvořily vajíčko. Laboratorní podmínky, které jsme schopni připravit, se ale ani zdaleka neblíží prostředí živého samičího těla, neboť se nedaří dodat všechny látky přirozeně se vyskytující ve vaječnících. Proto má metoda in vitro jen omezenou úspěšnost. Několik týmů na světě proto hledá optimalizační postupy, jak oocytům vytvořit podmínky co nejpříhodnější nastartování procesu zrání (meiosy).

Mezinárodní česko-francouzský tým z České zemědělské univerzity v Praze a Univerzity v Lille nedávno zjistil, že významnou roli při zahájení vývoje embrya u obratlovců hraje plyn oxid dusnatý. Tehdy výzkum uskutečnili s vajíčky obojživelníků a rozhodli se prozkoumat, jaký efekt bude mít na zrání další z gasotransmiterů – sulfan.

Sirovodík ve zkaženém vejci je prudce jedovatý, savčí vaječníky jej ale nutně potřebují ke zrání vajíček (foto: Marek Janáč)

Sirovodík ve zkaženém vejci je prudce jedovatý, savčí vaječníky jej ale nutně potřebují ke zrání vajíček

Páchne a přenáší

Sulfan patří spolu s oxidem dusnatým a oxidem uhelnatým do nepříliš početné skupiny plynných molekul, tzv. gasotransmiterů. Jde o látky, které se podílejí na přenosu buněčného signálu podobně, jako známější neurotransmitery. Pro gasotransmitery je příznačné, že jsou ve vysokých koncentracích silně jedovaté a zpravidla právě jejich neblahé účinky daly o existenci těchto plynů poměrně záhy vědět. O to větší bylo překvapení, že jde o plyny enzymaticky uvolňované přímo v buňkách, kde jsou v mnohonásobně nižších koncentracích dokonce pro metabolismus buněk nezbytné. Navíc jako jednoduché plynné molekuly velmi snadno prostupují buněčnými membránami, proto působí na svou cílovou molekulu, nejčastěji protein, prakticky kdekoliv v buňce. Gasotransmitery jsou tak schopné významně měnit nejen strukturu proteinu, ale také jeho vlastnosti, a to tím, že na ně váže atomy síry procesem tzv. sulfhydratace. Nikdo dosud nespočetl všechny proteiny, které může sulfan sulfhydratací ovlivnit a tak lze jeho účinek očekávat takřka kdekoliv a kdykoliv na životní cestě jakékoliv buňky v našem těle. Z čehož plyne, že by bylo velkou náhodou, kdyby se tak důležitá molekula neúčastnila tak zásadního procesu pro přenos života, jako je zrání pohlavních buněk.

Prasata centrem vesmíru

Pro obě skupiny mezinárodního týmu se proto po dobu výzkumu staly středem vesmíru prasečí oocyty. Badatelé je získávali z jatečně poražených prasniček a pro kultivaci in vitro jim poskytli ty nejlepší podmínky – dostatek živin a jejich správný poměr v kultivačním médiu, fyziologickou teplotu a dokonce i přesnou koncentraci oxidu uhličitého, která je v pohlavním traktu samice vyšší než v atmosferickém vzduchu. Přesně nastavené podmínky poskytly oocytům útočiště po dva dny kultivace. Během toho do kapaliny obklopující oocyty vpravili sulfid sodný, který při styku s okolním prostředím oocytu začne uvolňovat sulfan. Plyn je hned poté schopen prostoupit skrze buněčnou membránu do oocytu a začít tam své poslání.

Jak zjistit kvalitu zrání, nastartovanou sulfanem

Když z vnějšku dodaný sulfan pronikne do oocytu, je nezbytné nalézt vhodné vlastnosti oocytů, které poukáží na průběh a kvalitu jejich meiotického zrání. Jako užitečný ukazatel slouží stav chromozómu během meiotického dělení po jejich vizualizaci a mikroskopickém hodnocení. Protože jsou změny chromozómů závislé na změnách aktivity regulačních proteinů, je velmi užitečné sledovat také biochemické změny v cytoplasmě oocytu. Takové změny spočívají nejčastěji ve fosforylaci klíčových proteinů zodpovědných za meiotické dělení. Fosforylaci některých proteinů lze velmi přesně měřit. Mezi takové faktory patří M-fázi podporující faktor (M-phase/Maturation Promoting Factor, MPF) a mitogeny aktivovaná kináza (Mitogen-Activated Protein Kinase). Studium aktivity právě těchto proteinů pomáhá komplexněji poukázat na úlohu sulfanu v oocytu.
Vliv sulfidu sodného na dozrávání oocytů během jejich kultivace. (Zdroj: Plos One)

Vliv sulfidu sodného na dozrávání oocytů během jejich kultivace. (Zdroj: PLOS ONE)

Rychlená vejce

Výsledek se dostavil záhy. Nejprve se předčasně aktivovaly klíčové proteiny MPF a MAPK. Z toho je zřejmé, že sulfan je zapojen do signálních drah těchto proteinů a že také v savčích oocytech funguje sulfan jako signální molekula. „Zrání oocytu poté proběhlo vyšší rychlostí a skončilo o několik hodin dříve než za běžných podmínek in vitro,“ shrnuje výsledek šéf českého týmu – Jan Nevoral z České zemědělské univerzity. Je ovšem urychlené zrání lepší zrání? Nebylo by naopak lepší nikam nespěchat a chromozomy rozdělit v klidu a bez spěchu?, ptal se Nevoral sám sebe.

Ideálním ukazatelem kvality zrání je tzv. vývojová kompetence – schopnost dozrálého vajíčka měnit se po oplození na životaschopné embryo. Pro tuto schopnost je klíčovou a kritickou fází období meiotického zrání oocytu. Pokud tedy zjistíme, jaké úrovně embryonálního vývoje dosáhly oocyty po tzv. aktivaci můžeme zpětně usoudit, jak kvalitní byla fáze zrání.

Experimenty ukázaly, že oocyty, které zrály v přítomnosti přidaného sulfanu mají zvýšenou schopnost aktivovat se a odstartovat embryonální vývoj. Pro skutečně kvalitní embryonální vývoj je ale důležité, aby oocyt dosáhl stádia tzv. blastocysty. V podmínkách in vitro kultivace to trvá (u prasete) zpravidla sedm dní. Tato „zkouška ohněm“ dostatečně prokázala, že sulfan během meiotického zrání vývojovou schopnost blastocyst nezlepšil, ani nezhoršil. Tým nyní zkoumá, zda se dá sulfanem dosáhnout zlepšení podmínek pro rodící se blastocysty tak, aby jich na konci 7denního dozrávání bylo v aktivní fázi více.

Autoři výzkumu

Jan Nevoral, Jaroslav Petr, Armance Gelaude, Jean-Francois Bodart, Veronika Kučerová-Chrpová, Markéta Sedmíková, Tereza Krejčová, Tereza Kolbabová, Markéta Dvořáková, Alena Vyskočilová, Ivona Weingartová, Lenka Křivohlávková, Tereza Žalmanová a František Jílek

Mateřské instituce:

Katedra veterinárních disciplín České zemědělské univerzity v Praze

Université Lille1, Sciences et Technologies

Jan Nevoral (foto: Marek Janáč)

Hlavní autor vědeckého článku, Jan Nevoral

Budoucnost

Prasečí oocyt sdílí celou řadu vlastností s oocyty člověka a proto je podle vědeckého týmu vhodným modelem pro studium mechanismů zrání i možných příčin neplodnosti.

„Vše, co je schopno pomoci ochránit oocyty a zlepšit jejich výslednou kvalitu, je dobré,“ zní z úst Jeana-Francoise Bodarta při přemítání o budoucí možnosti využít nabytých poznatků v lidské asistované reprodukci. „Týká se to jak vajíček, tak spermií, jejich ochrany a funkčnosti. V tomto ohledu by další pokrok mohl být užitečný. Myslím si proto, že gasotransmitery, tyto voňavé molekuly, jsou velmi důležité a časem budou stále důležitější“, naznačuje vědec v rozhovoru pro Vesmír. Faktem zůstává, že všechny schopnosti sulfanu dnes ještě neznáme a tak nás v budoucnosti může čekat ještě nejedno sulfanové překvapení.

 

Celý odborný článek na stránkách vědeckého časopisu PLOS ONE (celý text angl.)

Jak to pomůže lidem

Výzkumný tým ve své práci naznačuje možnost budoucího využití výsledků v lidské asistované reprodukci. Vesmír proto požádal doc. Tonko Mardešiće, vedoucího lékaře pražského Sanatoria Pronatal, o názor na tento předpoklad. Odpověď shrnul do následujících bodů:

  1. Jedná se o základní výzkum, zkoumající pouze jeden z aspektů velmi složitého procesu.
  2. V humáním modelu trvá proces oogeneze cca 90 dnů, přičemž většina tohoto procesu je gonadotropin-nezávislá, a teprve posledních cca 21 dnů je gonadotropin dependentní – to je fáze, kde můžeme do procesu zasahovat.
  3. U lidí je první část meiozy (zracího dělení) dokončena v okamžiku ovulace, druhá část zracího dělení teprve až po oplození oocytu spermií.
  4. Teoreticky by byly publikované poznatky v praxi využitelné při dozrávání oocytů in vitro (dnes málo využívaná technika, protože není příliš úspěšná).
  5. Je známo, že zdaleka ne všechny poznatky z animálního modelu lze přenášet do humánní medicíny. V každém případě k využití podobných poznatků z oblasti základního výzkumu vede velmi dlouhá cesta k jejich případnému využití v praktické medicíně.

Fotografie: Marek Janáč

 

Zvukem: rozhovor s Janem Nevoralem (ČZU):

Print Friendly