Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Tři zdroje a tři součásti oplození

1 + 1 = 3
 |  5. 10. 1997
 |  Vesmír 76, 553, 1997/10

Už v základní škole nám více nebo méně obratně vyložilli tajemství splynutí dvou pohlavních buněk, vajíčka a spermie. Povšechnou představu nám později zpřesnily a potvrdily klasické učebnice genetiky, a tak snad každý něco ví o splývání dvou genomů a prosazování se dvou genových alel.

Oplozené vajíčko – zygota – je však výsledkem interakce ne dvou, ale tří struktur: kromě obou jader obsahujících mj. genetický materiál – jednoho původem z vaječné buňky, druhého ze spermie – se součástí zygoty stává i tělo původní vaječné buňky – oocytu. Tělo spermie do vajíčka nevniká, spermie do vajíčka injikuje jen své jádro a zaniká (v této souvislosti upozorňuji, že text se týká situace u obratlovců). Bezprostředně po oplození dochází k rozsáhlé přestavbě struktury obou jader – vzniknou z nich tzv. prvojádra (pronuklei). Samčí a samičí prvojádra posléze splynou v jediné diploidní jádro zygoty a vzniká nový jedinečný tvor.

Při normálním oplození dodává tedy matka budoucí zygotě dvě složky – jádro s genetickým materiálem a strukturu vaječné buňky. Že posledně jmenovaná struktura není jakýmsi pasivním „přehrávačem“ toho, co se jí dodá formou genetického zápisu, se ví už dávno; připomenu zde jen dva příklady:

  • Po mateřské linii se dědí buněčné organely, mezi nimi i mitochondrie, které mají vlastní genetický aparát. Při oplození tedy nedochází k míchání dědičné informace v mitochondriích a díky tomu mohou evoluční biologové rekonstruovat rodokmeny současných druhů „po přeslici“ (viz např. V. Cílek: O původu druhů ve Viktoriině jezeře – Vesmír 76, 370, 1997/7, A. Markoš: Pes přítel pračlověka – Vesmír 76, 535, 1997/9). U některých organizmů (např. u hmyzu) se takto přenášejí dokonce životně nepostradatelní symbionti. Význam má toto zjištění i v souvislosti s některými genetickými poruchami způsobenými změnami v mitochondriální DNA.
  • Prostor vaječné buňky není homogenní, je vysoce strukturovaný a často ještě před oplozením předjímá budoucí tělní osy nového organizmu. Nejlépe jsou morfogenetická pole vajíčka zmapována u velkých vajíček hmyzu a obojživelníků.
  • W. Reik a jeho spolupracovníci se už několik let zajímají o roli všech tří složek při oplození u myší (Reik a spol. 1993; Roemer a spol. 1997). Volili metodu transplantace prvojader mezi oplozenými vajíčky dvou geneticky odlišných kmenů myší, nazvěme je pro jednoduchost D a B. Jestliže vajíčko myši kmene B (buňka b, jádro b) oplodní spermie od samečka typu B (jádro b), zygotu bude možno charakterizovat formulkou bbb, analogicky pro rodiče z kmene D je zygota ddd. Křížíme-li matku D s otcem B, dostaneme zygotu ddb, a ovšem B×D dá bbd (obr. 1a). Co se však stane, odstraníme-li ve stadiu prvojader mateřské prvojádro a nahradíme ho prvojádrem pocházejícím z jiného kmene (obr. 1b)? Vyrobíme zvláštní typ křížence, kterého autoři pojmenovali nukleocytoplazmatický (NC), křížence charakterizovaného, podle rodičů a dárců, některou z formulek bdb, bdd, dbd nebo dbb (obr. 1b).

    Autoři odebrali zralé myší pohlavní buňky a provedli oplození in vitro (B×D nebo D×B). Část oplozených zygot nechali na pokoji (zygoty bbd nebo ddb), u druhé skupiny provedli transplantace samičích prvojader mezi dvěma druhy zygot (z B×D do D×B a obráceně); vznikly tak nepřirozené kombinace bdd nebo dbb. Autoři pochopitelně nezapoměli ani na tzv. pozitivní kontroly, kdy sice vyjmuli samičí prvojádro, ale nahradili ho prvojádrem téhož typu, jen z jiného vajíčka. Tak rekonstruovali přirozenou kombinaci, ovšem provedli mikrochirurgický zákrok a testovali tak možnost vlivu samotné operace na další vývoj. Jak je vidět, šlo o manipulace čistě mechanické, epigenetické, genová výbava jader nebyla nijak pozměněna a mendelovská dědičnost by neměla být narušena.

    Všechny tři typy zárodků pak experimentátoři vložili do dělohy myší, které byly ve správném stadiu cyklu, takže zárodky se zahnízdily a za 3 týdny se narodila mláďata, hlavní předmět zájmu. Především – přirozeně zplození potomci se ve sledovaných parametrech nijak nelišili od pozitivních kontrol, a tak bylo možné vyloučit vliv samotného operačního výkonu.

    NC hybridi v dospělosti méně vážili; tento kvantitativní znak se snadno pozná, ale není tak zajímavý jako výsledky biochemické a – etologické. Autoři extrahovali proteiny z různých myších orgánů, podrobili je dvourozměrné elektroforéze v polyakrylamidovém gelu, která umožní rozpoznat v jednom vzorku asi 10 tisíc proteinů, a srovnávali takto získaná souhvězdí z kontrolních a pokusných zvířat. V extraktech z jater a mozku chybělo u NC hybridů asi 25 proteinů. V „macešské“ buňce bylo cosi, co mnohem později, v dospělosti, způsobilo změny genové exprese v některých orgánech. NC hybridi nebyli schopni spuštění těchto genů vyvolat, nebo je dokonce záměrně zablokovali. Zdá se, že jde o druhý případ: v oblasti, kde se tyto geny nacházejí, se zvýšila metylace DNA, což bývá charakteristikou trvale vypnutých genů.

    O jaké proteiny jde? V játrech je to třída proteinů zvaných MUP (major urinary proteins). Tyto proteiny se vylučují s močí a vážou se tam na feromony, pomocí nichž si jedinci navzájem signalizují svoji přítomnost, míru příbuznosti a připravenost k páření (o tom, jak jsou pachy klíčovou složkou myšího života, viz Vesmír 76, 323, 1997/6). A v mozku to byly proteiny OMP (olfactory marker proteins), které jsou přenášeny na povrch čichových buněk nosní sliznice a fungují tam jako součást receptorů pro komplex MUP-feromon! Myši obou pohlaví jsou proto signalizačně i senzoricky deprivované, neumějí signalizovat svým potenciálním sexuálním partnerům a samy je neumějí rozpoznat. Výsledek – odmítají se pářit.

    Překvapením však ještě nebyl konec: Protože NC hybridi produkovali zdravé pohlavní buňky, nebyl problém „zařídit“ umělé oplození normálních samiček spermiemi odebranými z NC hybridů. A ukázalo se, že NC fenotyp, tj. blok v expresi proteinů MUC a OMP, se přes samčí linii, tj. spermiemi, přenáší do další generace! A konečně: analýzou statistických dat se ukázalo, že popsaný fenotyp s určitou pravděpodobností vznikne i u kontrolních myší, tj. myší zplozených „klasicky“.

    Epigenetická dědičnost ve formě trvalých modifikací (Dauermodifikationen), které v průběhu generací postupně mizí a linie se vrací k původnímu fenotypu, je dobře popsána u prvoků i rostlin a byla „v módě“ hlavně mezi válkami. Zájemce o současný stav odkazuji na knihu autorek E. Jablonka, M. Lamb o epigenetické dědičnosti (viz recenzi ve Vesmíru 75, 285, 1996/5). Metodicky však bylo dost obtížné navrhnout pokusy s jednoznačnými výsledky a po objevu DNA a genetického kódu většina biologů přešla na studium genů. V popsaném případě jde patrně o první vědecky podložený důkaz epigenetické dědičnosti u savců, a to nejmodernějšími a obecně akceptovanými metodami. Na úrovni čistě popisné existují, pravda, nejméně dva dobře dokumentované případy, které naznačovaly existenci jevu.

    Je známo, že telata a jehňata narozená ze zmrazených transplantovaných embryí jsou větší než kontrolní.

  • Druhá zkušenost je dokonce ze života lidí. Za války panoval v Nizozemí hlad a v důsledku toho se podvyživeným matkám rodily menší děti. Z těch dětí vyrostly normálně živené ženy, avšak jejich děti se opět rodily s podnormální hmotností!
  • Spolu s jevem tzv. genového imprintingu, který hraje velkou roli při vzniku některých vrozených vývojových poruch a nádorů, otevírají pokusy tohoto druhu málo probádanou a přitom fascinující oblast epigenetické dědičnosti, dědičnosti předávané ne pomocí genů, ale pomocí struktur. Tedy jakýsi „kulturní přenos“ vlastností tam, kde to málokdo čekal.
  • Zvláštní náhodou se práce o epigenetické dědičnosti u savců objevila zároveň se zprávou o klonované ovci Dolly, i když mediálně neměla proti Dolly žádnou šanci. K jakému poznání oba objevy vyúsťují? Dolly může být geneticky naprosto totožná se svou matkou (i to má své meze – např. matka má za sebou ontogenezi imunitního systému, která je jedinečná a není přenosná na potomstvo). Nemůže s ní však být totožná epigeneticky: jádro z matčiny tkáně bylo vloženo do jiné vaječné buňky s odlišnou historií, zkušeností.

    Je věcí budoucnosti objasnit míru podílu obou typů dědičnosti. Na první pohled jde o nepatrnou odchylku – pár proteinů z desetitisíce. Na druhé straně – málo proteinů je nedůležitých. Příroda se postarala, že téměř každý jedinec dostane do vínku jedinečný soubor genů – genotyp (výjimkou jsou „jednovaječná“ dvojčata). Pokud uměle vyrobíme jedince se shodnými genotypy, ukáže se, že i dědičnost je epigenetická. Žádný genotyp nevstupuje dvakrát do stejné buňky.

    Literatura

    Jablonka, E., & Lamb, M.J.: Epigenetic inheritance and evolution. The Lamarckian dimentsion. Oxford University Press 1995
    Reik, W., Romer, I., & et al.: Adult phenotype in the mouse can be affected by epigenetic events in the early embryo. Development, 119, 933–942, 1993
    Roemer, I., Reik, W., Dean, W., & Klose, J.: Epigenetic inheritance in the mouse. Curr.Biol. 7, 277–280, 1997

    Ke stažení

    OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Genetika

    O autorovi

    Anton Markoš

    Doc. RNDr. Anton Markoš, CSc., (*1949) vystudoval Přírodovědeckou fakultu UK. Na katedře filozofie a dějin přírodních věd PřF UK se zabývá teoretickou biologií. Napsal knihy Povstávání živého tvaru (1997), Tajemství hladiny (2000), Berušky, andělé a stroje (spolu s J. Kelemenem, 2004), Život čmelákův (spolu s T. Daňkem, 2005), Staré pověsti (po)zemské (spolu s L. Hajnalem, 2007), Profil absolventa (2008), editoval sborníky Náhoda a nutnost (2008), monografii Markoš a spol.: Life as its own designer (Springer, 2009), Jazyková metafora živého (2010).
    Markoš Anton

    Doporučujeme

    Tajemná „Boží země“ Punt

    Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

    Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
    Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
    Hmyz jako dokonalý létací stroj

    Hmyz jako dokonalý létací stroj

    Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
    Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
    Hranice svobody

    Hranice svobody uzamčeno

    Stefan Segi  |  4. 12. 2017
    Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

    Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

    Tištěná i elektronická
    verze časopisu
    Digitální archiv
    od roku 1994
    Speciální nabídka
    pro školy a studenty

     

    Objednat předplatné