Aktuální číslo:

2018/12

Téma měsíce:

Jednotky SI

Vnútorné hodiny u neurospóry

Existuje jednotný hodinový mechanizmus v živej prírode?
 |  5. 1. 1998
 |  Vesmír 77, 32, 1998/1

V živote živočíchov sa každodenne rytmicky strieda doba spánku s dobou aktivity. Mnohé ďalšie fyziologické zmeny prebiehajú cyklicky s periodou približne 24 hodín, u živočíchov dochádza v priebehu dňa napríklad ku zmenám telesnej teploty či krvného tlaku, u mnohých rastlín nájdeme každodenne sa opakujúce pohyby. Je zrejmé, že tieto rytmy bezprostredne súvisia so striedaním dňa a noci. V 18. storočí si ľudia všimli, že denný rytmus v pohyboch listov u rastlín ostáva zachovaný aj v prípade, že rastlina je pestovaná pri nemennom osvetlení. Od tých čias mnohé pokusy ukázali, že u všetkých eukaryotických a niektorých prokaryotických organizmov existujú akési „vnútorné hodiny“, ktoré udržujú denný rytmus organizmu (s periodou približne 24 hodín) aj v neperiodickom prostredí (pozri článok H. Illnerovej, Vesmír 76, 454, 1997/8). Ešte dlho potom však ostávala podstata týchto hodín záhadou.

Andrew J. Millar (Current Biology 7, R474, 1997) vysvetľuje (na základe práce S. K. Crostwaite, J. C. Dunlap, J. J. Loros, Science 276, 763–769, 1997) súčasnú predstavu o funkcii vnútorných hodín u huby Neurospora na molekulárnej úrovni. Boli identifikované dva gény, ktoré sa podieľajú na vzniku rytmov u spomínanej huby – gén frq (frequency) a gén wc (white collar).

V časoch, kedy jediným známym „hodinovým“ génom neurospóry bol gén frq, vyzerala predstava o fungovaní vnútorných hodín nasledovne: Vedelo sa, že koncentrácia frq-mRNA v bunke v priebehu dňa rytmicky kolíše, maximum dosahuje skoro ráno. Koncentrácia proteínu Frq, vznikajúceho prepisom frq-mRNA, sa tiež v priebehu dňa rytmicky mení a maximum dosahuje asi 4 hodiny po maxime frqmRNA. Vedci usudzovali, že zvýšené množstvo proteínu Frq inhibuje prepis génu frq do frq-mRNA. V priebehu neskorého dňa a včasnej noci dochádza postupne k degradácii proteínu Frq, takže jeho inhibičná aktivita sa oslabí a frq-gén sa môže opäť prepisovať. Tým sa celý cyklus uzatvára. Ostávali však mnohé nezodpovedané otázky, napríklad akým spôsobom inhibuje proteín Frq prepis génu frq, či ako je činnosť vnútorných hodín synchronizovaná so zmenami v prostredí.

V týchto procesoch zohráva dôležitú rolu gén wc. Je známe, že u húb so zmutovaným génom wc sú vnútorné hodiny poškodené. Súčasne bolo zistené, že proteín Wc obsahuje DNA väzbovú doménu a môže ovplyvňovať prepis génov. Tieto poznatky vedú k myšlienke, že proteín Wc aktivuje prepis génu frq. Vďaka tomu sa postupne hromadí proteín Frq, ktorý spätne inhibuje aktivitu proteínu Wc (napríklad priamou väzbou oboch proteínov). Pozmenený proteín Wc prestáva stimulovať prepis génu frq, čo vedie k poklesu koncentrácie proteínu Frq. Potom čo dôjde k rozkladu proteínu Frq, proteín Wc sa uvoľní a frq-gén sa začne opäť prepisovať. Cyklus sa uzatvorí.

Presný mechanizmus synchronizácie vnútorných hodín s vonkajším prostredím nie je známy, avšak výskum zameraný na „slepé“ mutanty, ktoré nereagujú na svetlo, identifikoval mutáciu iba v géne wc. Je možné, že gén wc sa podieľa na sprostredkovaní odpovede vnútorných hodín na svetlo.

Huba neurospora je z hľadiska fungovania vnútorných hodín jedným z najpreskúmanejších organizmov. Obľúbenou témou výskumníkov je dnes porovnávanie vnútorných hodín u rôznych organizmov a hľadanie prípadného jednotného hodinového mechanizmu v živej prírode.

Citát

Daniel Goleman: Emoční inteligence, Columbus, Praha 1997, s. 17

Vášně nad rozumem však navzdory společenským omezením znovu a znovu vítězí. Tento vrozený sklon lidské povahy vyplývá ze základního uspořádání duševního života. Pokud jde o strukturu základních emočních nervových okruhů a spojení, rodíme se s tím, co se nejlépe osvědčilo v posledních padesáti tisících lidských generací, nikoli v posledních pěti stech – a už vůbec ne v posledních pěti. Pomalé, uvážlivé působení evoluce, jež formovalo naše emoce, vytvářelo svoje dílo v průběhu milionu let. Posledních deset tisíc let, navzdory tomu, že se tato doba stala svědkem rychlého vzestupu lidské civilizace a populační exploze z pěti milionů na pět miliard – zanechalo na našich vrozených vlohách pro citový život jen velmi malý otisk.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Fyziologie

O autorovi

Eduard Kelemen

RNDr. Eduard Kelemen Ph.D. (*1976) vyštudoval PřF UK v Prahe. Doktorát získal na Newyorskej štátnej univerzite v Brooklyne, kde v súčasnosti pôsobí. Zaoberá sa neurofyziológiou.

Doporučujeme

Poprask kolem dvojčat, prvních dětí s editovaným genomem

Poprask kolem dvojčat, prvních dětí s editovaným genomem

Jaroslav Petr  |  13. 12. 2018
V čem udělali čínští soudruzi chybu? Čínský experiment odstartoval genetické vylepšování lidstva bezpříkladně zpackaným způsobem.
Tanec mezi pravděpodobnostmi

Tanec mezi pravděpodobnostmi

Ondřej Vrtiška  |  3. 12. 2018
Forenzní genetička Halina Šimková donedávna v Kriminalistickém ústavu Praha analyzovala DNA a pomáhala odhalovat vrahy, násilníky a zloděje. To ji...
Sedm základních kamenů

Sedm základních kamenů

Ivan Boháček  |  3. 12. 2018
Začalo to metrem. Ve dnech, kdy jde toto číslo Vesmíru do tiskárny, probíhá ve Versailles 26. konference pro váhy a míry (CGPM, Conférence...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

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

 

Objednat předplatné