Oči po celém těle

O lidech s bystrým postřehem se často říká, že mají oči i vzadu. Je to ovšem jen obrazné rčení, ale genové inženýrství ukázalo na drozofile, že výskyt očí v nejbizarnějších polohách na těle není nic nemožného. Walter Gehring se svou skupinou na univerzitě v Bazileji (Science 267, 1788, 1995 a komentář M. Baringy tamtéž, str. 1776) využil toho, že gen eyeless (ey) je hlavním řídícím genem pro vývoj oka drozofily. Jeho produkt spouští funkci mnoha (více než 2 000) dalších genů, které se na vývoji oka podílejí (např. genu sevenless, nutného pro normální vývoj osmi světločivných buněk, genů pro rodopsin, krystalin aj. viz též Vesmír 74, 275, 1995/5). Ztrátová mutace genu ey má za následek redukci nebo úplné chybění očí, což svědčí o rozhodujícím významu tohoto genu pro morfogenezi oka. Je dobře známo, že všechny tělní buňky mnohobuněčných si uchovávají úplnou genovou výbavu a že jejich rozlišení spočívá na diferenční aktivitě určitých genů, specifikované polohou buněk (Vesmír 69, 701, 1990/12). Genovou manipulací za použití transkripčního aktivátoru z kvasinek a komplementární DNA ku genu ey se uvedené skupině podařilo vyvolat cílenou expresi genu ey i v imaginálních terčících larvy drozofily, ze kterých po metamorfóze vznikají jiné orgány. Po proměně tak vznikly mouchy, u kterých se objevily složené oči na tykadlech, na nohou, vznikly z části křídel i jinde. Někteří jedinci měli až 14 očí na různých místech těla, kde se gen ey podařilo aktivovat. Tyto ektopické oči nebyly jen nějakou povrchní nápodobou složených očí hlavy, ale měly všechny náležitosti normálního oka, tj. skládaly se z plně diferencovaných jednotlivých oček, omatidií, s úplnými sadami světločivných buněk, s rohovkou, čočkou, kónickými i pigmentovými buňkami. Fotoreceptory měly vyvinutý rhabdom. Také jejich neuronální vybavení odpovídalo normálním očím. Zda axony fotoreceptorů inervují odpovídající domény mozku a tyto ektopické oči jsou funkční, se dosud nepodařilo prokázat. Na osvětlení však reagují fotoreceptory elektricky aktivně.

Ektopické oči již před více než 30 lety získal v Curychu Gehringův učitel Hadorn při tzv. transdeterminaci, založené na mnohonásobně opakované kultivaci imaginálních terčíků v dalších a dalších larvách. Některé terčíky změnily po této manipulaci svou determinaci, což se projevilo po proměně poslední hostitelské larvy v dospělou mouchu, u které se např. imaginální terčík pro nohu mohl vyvinout v oko, zřejmě, jak se teď ukazuje, v důsledku abnormální aktivace genu ey.

Gen ey specifikuje úplný a pravděpodobně funkční orgán na rozdíl např. od homeotických genů komplexů ANT-C nebo BX-C drozofily (Vesmír 72, 553, 1993/10), jejichž mutace vyvolávají jen určitý prostorový, předozadní posun ve vývoji orgánů – např. mutace Antennapedia způsobuje vznik nohy na hlavě namísto tykadla.

Analýza genu ey přinesla významné poznatky i z evolučního pohledu. Gen ey kóduje transkripční faktor vyvolávající aktivaci kaskády genů pro vývoj oka, a to protein obsahující párovou doménu a homeodoménu. Ukázalo se, že gen má rozsáhlou, více než devadesátiprocentní shodu sekvencí s genem myši Small ey (Sey) a lidským genem Aniridia, které mají hlavní řídící funkci při vývoji oka obratlovců, jak vyplývá z defektního vývoje jejich očí při ztrátových mutacích. I při ohromných rozdílech mezi konstrukcí složeného oka hmyzu a komorového oka obratlovců zůstává hlavní řídící gen v podstatě stejný, i když předchůdci savců a hmyzu se oddělili ze společného předka před více než půl miliardou let. V evoluci živočichů se u různých skupin z původní světločivné skvrny vyvinuly více než čtyřicetkrát různé typy očí na sobě nezávisle (Vesmír 74, 276, 1995/5). O zachované shodě hlavního řídícího genu svědčí i to, že u drozofily lze vyvolat tvorbu ektopických očí i hlavním řídícím genem myši Sey, stejně jako genem ey. Na těle drozofily vzniká ovšem složené, nikoli komorové oko – odpověď je druhově specifická, podnět obecný. Homologní hlavní řídící geny pro vývoj oka byly nalezeny také u jiných obratlovců i bezobratlých (např. u sumek, hlavonožců, pásnic aj.). Gen ey umožní podrobněji studovat kaskádu podřízených genů ve vývoji oka a porovnat je např. u drozofily a myši.