Aktuální číslo:

2018/10

Téma měsíce:

Navigace

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

    Vlaštovka extrémista

    Vlaštovka extrémista

    Jaroslav Cepák, Petr Klvaňa  |  10. 10. 2018
    Díky satelitní telemetrii se podařilo odhalit vpravdě neuvěřitelné výkony některých ptačích druhů. Nejznámějším je zřejmě osmidenní nonstop let...
    Velké umění astronavigace: Od astrolábu po sextant

    Velké umění astronavigace: Od astrolábu po sextant

    Petr Scheirich  |  1. 10. 2018
    Staří mořeplavci prý určovali polohu své lodi podle hvězd. Tato rozšířená romantická představa je ale nesprávná. Metoda astronavigace nikdy nebyla...
    Jak se neztratit na moři

    Jak se neztratit na moři

    Petr Scheirich  |  1. 10. 2018
    Dle znamenitého pozorování Slunce a Měsíce shledávám naši zeměpisnou délku 178° 18' 30" západně od Greenwiche. Zeměpisná délka dle logu je 175°...

    Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

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

     

    Objednat předplatné