Terapie samičí pohlavní buňky

Nedávné rozhodnutí britské vlády, které umožňuje využívat lidská embrya přebývající po umělém oplození, vyvolalo jak pozitivní, tak negativní ohlasy. Příznivci tohoto rozhodnutí spatřují v nadbytečných lidských embryích zdroj embryonálních kmenových buněk, a tím i možnost léčení dosud nevyléčitelných chorob. Jejich odpůrci v těchto embryích vidí potenciální lidské bytosti a obávají se, že nás takové postupy přibližují ke klonování lidí. Britský návrh se skutečně zabývá i přenosy jader a zvažuje, jak by se tyto postupy daly využít v medicíně. Jednou z možností je eliminace nemocí způsobených mutovanou mitochondriální DNA.

DNA od matky

Většina buněk v našem těle obsahuje dvě základní složky – jádro a cytoplazmu. V jádře se nacházejí chromozomy, které jsou přítomny v párech (v každém páru je jeden chromozom od matky a jeden od otce). Podstatnou složkou chromozomů je DNA. V buňce se však nachází i jiná DNA, která je uložena v malých organelách – mitochondriích. Tato mitochondriální DNA (mtDNA) pochází výhradně od matky. Spermie sice také obsahuje určitý počet mitochondrií, ale ty v krátké době po oplození zlikviduje cytoplazma oocytu. Dlouho nebylo známo, že mutace mitochondriální DNA mohou být příčinou vážných nemocí, zjistilo se to teprve v průběhu posledních dvaceti let. Dnes se počet těchto nemocí odhaduje na více než padesát. Jde převážně o metabolické poruchy a neurodegenerativní či svalové choroby.

Mitochondrie produkují adenosintrifosfát, ¹⁾ který je hlavním zdrojem buněčné energie. Každá mitochondrie obsahuje jednu či více kopií své DNA. Lidská mitochondriální DNA, složená přibližně z 16 600 párů bází, je mimořádně kompaktní a celý řetězec má podobu uzavřené kružnice. Syntéza mitochondriální DNA však není zcela nezávislá na jádře – její replikaci ovlivňuje přinejmenším jeden jaderně kódovaný mitochondriální transkripční faktor. Mutovaná i normální mitochondriální DNA se v buňce nacházejí společně, a pokud je mutované DNA více než 10 %, zpravidla se projeví nějaká nemoc. Obojí mitochondrie – jak normální, tak mutované – se v buňce zmnožují, při dělení však nejsou do dceřiných buněk rozdělovány stejnoměrně. Podobně je tomu i při vzniku zárodečných buněk – oocytů. Ještě složitější je rozdělování a zmnožování mitochondrií po oplození, kdy ze zygoty (oplozené vaječné buňky) vznikají dceřiné buňky jako základ všech tří zárodečných linií, a později tedy i tkání nového jedince. Může se tak stát, že některé tkáně obsahují pouze mutovanou mitochondriální DNA a v jiných je mitochondriální DNA normální. Tím by se vysvětlilo, proč někdy potomek onemocní, i když se u matky nemoc neprojevila. Zatím nelze předvídat, jestli potomek bude nebo nebude postižený. Jediným spolehlivým řešením je dárcovství oocytu, který je oplozen partnerovou spermií. Takový potomek je sice z právního hlediska dítětem ženy, která ho donosila, z genetického hlediska je ale dítětem dárkyně oocytu. Pro některé rodiče tato možnost nemusí být přijatelná – a právě jim mohou postupy zmíněné v britském návrhu zprostředkovat lepší řešení. Základním principem navrhovaných postupů je přenos jádra z oocytu (embrya) s abnormální mitochondriální DNA do enuklovaného oocytu ²⁾ dárkyně s normální mitochondriální DNA.

Než přistoupíme k popisu jednotlivých možností, zopakujme si děje, které předcházejí oplození (viz rámeček 1 ), abychom věděli, jak chromozomy kondenzují. Ve stadiích, kdy jsou chromozomy kondenzovány, zatím není přenos jádra běžně možný. Nejvhodnější jsou dvě možnosti: přenos ve stadiu zárodečného váčku (mezi nezralými oocyty) a přenos ve stadiu těsně po oplození, kdy jsou již v cytoplazmě patrná dvě prvojádra. Zárodečný váček či prvojádra lze v lidských oocytech (nebo v oocytech jiných savců, např. myší) pozorovat pod mikroskopem s vhodnou optikou. Které možnosti se pro terapie oocytů nabízejí?

Vhodná stadia pro přenos

V současné době jsou z technického hlediska pro přenos jaderného genetického materiálu z oocytu s abnormální mitochondriální DNA do oocytu s normální mitochondriální DNA vhodná stadia, kdy chromozomy jsou dekondenzovány a v cytoplazmě je patrné jádro. To je možné ve dvou fázích vývoje oocytu:

• Dříve než oocyt začne zrát, to znamená, když je ve stadiu zárodečného váčku. V tomto stadiu je oocyt obklopen několika vrstvami buněk, které se před přenosem musí odstranit. Zárodečný váček lze pak z oocytu poměrně snadno mikrochirurgicky vyjmout a přenést do oocytu dárkyně, ze kterého byl předtím jeho vlastní zárodečný váček odstraněn. Po přenosu je rekonstruovaná buňka kultivována in vitro až do metafáze II – a v tomto stadiu by se také provedlo oplození spermiemi partnera. Z technického hlediska je pro zkušeného pracovníka vlastní přenos rutinní záležitostí, nicméně zbývají některé nedořešené problémy:
• Přenášené jádro je obklopeno buněčnou membránou, a tedy také určitým množstvím cytoplazmy. Ta pochopitelně obsahuje i mitochondrie s mutovanou DNA a, jak jsme již uvedli, její zastoupení v rekonstruovaném oocytu by nemělo přesáhnout 10 %.
• Buňky, které byly před manipulací odstraněny z povrchu oocytu, jsou důležité pro zabezpečení odpovídající kvality zrání, a tím i pro další vývoj oocytu po oplození. Pokud oocyt zraje bez nich, naděje na úspěšný vývoj embrya je poměrně malá.
• Vyloučit nelze ani možnost, že přenášené jádro nebude kompatibilní s cytoplazmou, do které bude umístěno. O tomto problému se zatím mnoho neví. Předpokládá se ale, že se takové okolnosti mohou podílet i na nízké efektivnosti klonování.
• Po oplození oocytu. Další stadium, v němž jsou chromozomy dekondenzovány, nastává po oplození oocytu. V cytoplazmě jsou již patrná dvě prvojádra – samčí a samičí. Ta by mohla být z abnormálního vejce vyjmuta a přenesena do normálního vejce s odstraněnými prvojádry. Opět by se muselo dbát na to, aby množství cytoplazmy přenesené spolu s prvojádry bylo co nejmenší. Výhodou tohoto způsobu je, že by mohly být použity oocyty, které dozrály ve vaječníku, a mají proto plnou vývojovou schopnost. Přenosem by se však zničilo embryo od dárce, tedy potenciální nový život. Dalo by se tomu předejít tím, že by jako zdroj normální cytoplazmy nebyla použita embrya vzniklá oplozením, ale embrya partenogenetická, která obsahují jen mateřskou genetickou informaci (u savců z partenogenetického embrya nový jedinec nevznikne).

Naděje pro postižené rodiny

Uvedené dvě varianty zvládnou zkušení pracovníci po technické stránce do té míry, že by je bylo možné použít v praxi již v současné době. Určité riziko by mohla představovat pouze abnormální mitochondriální DNA, která by byla přenesena do nové cytoplazmy spolu s jádry. Naše výsledky ukazují, že se mitochondriální DNA po přenosu jádra rovnoměrně rozptýlí v cytoplazmě rekonstruované buňky. Rychlost rozptýlení je pak ovlivněna stadiem buněčného cyklu.

Kromě těchto dvou základních schémat existuje řada dalších variant, které jsou však technicky náročnější a představují i větší rizika (například přenosy celých skupin chromozomů mezi oocyty nebo asynchronní přenos, kdy stadium buněčného cyklu jádra a cytoplazmy bude odlišné). Nelze však pochybovat o tom, že uvedené přístupy představují naději na vlastní zdravé potomstvo i pro páry, u jejichž potomků lze s vysokou pravděpodobností předpokládat určitý defekt.