Jak přeprogramovat buňku

Významný britský biolog John Bertrand Gurdon složil maturitu z biologie „hned napodruhé“ a dodnes má nad stolem pověšený posudek svého tehdejšího profesora, kde se praví: „Výuka Johna Gurdona biologii je mrhání časem – jak pro Gurdona, tak pro jeho učitele.“

Navzdory tomu dosáhl Gurdon v tomto oboru skvělých úspěchů. Počátkem šedesátých let jako první úspěšně klonoval žáby a tomu se věnuje i dnes, ve svých pětasedmdesáti letech. První letošní číslo Nature Cell Biology ¹⁾ přináší zajímavou stať, ve které Gurdon spolu s kolegou Rayem Ngem poodhalil při klonování žab jedno z velkých tajemství buněčné diferenciace.

Specializované tělní buňky mají naprogramovánu aktivitu dědičné informace. Některé jejich geny pracují, jiné spí. Právě to určuje, jak buňka vypadá, co umí a které funkce v těle zastane. Klonování přenosem buněčných jader („metodou Dolly“) spočívá v tom, že biologové přesvědčí specializovanou buňku, aby se své specializace vzdala a začala se chovat jako právě oplozené vajíčko. Používají k tomu dozrálé savčí vajíčko zbavené vlastní jaderné dědičné informace. Když do takového „vykuchaného“ vajíčka vloží jádro specializované buňky, vznikne jednobuněčný zárodek, jehož dědičná informace se „přeprogramuje“. Aktivitou mnoha molekul z cytoplazmy vajíčka je DNA uvedena do stavu, který zajistí, že se každá buňka vzniklá v zárodku může znovu specializovat podle potřeb organizmu. Pokud použijeme ke klonování buňku pokožky, přeprogramuje se její dědičná informace tak, aby z ní postupně mohly v těle klonu vznikat všechny ostatní typy specializovaných buněk, od neuronu přes buňku svalu až po krvinku.

Přeprogramování dědičné informace specializované buňky mívá při klonování dost daleko k dokonalosti. Vzniklé embryo pak vstupuje do života s dědičnou informací, která si do určité míry udržuje vzor aktivity genů typický pro původní specializovanou buňku. To je jeden z hlavních důvodů, proč je narození zdravého klonu tak vzácné. Ve specializovaných buňkách většiny klonů je obvyklé rozložení pracujících a spících genů narušeno a vládne tu chaos.

Gurdon a Ng studovali mechanizmus, který brání některým genům, aby se v buňkách klonu vypnuly. Co drží geny specializované buňky tvrdošíjně „zapnuté“? Oba vědci vnášeli do vajíčka žáby drápatky (Xenopus laevis) specializované buňky žabího embrya s aktivním genem MyoD. Gen zůstával zapnutý, pokud příslušné buňky klonu vyráběly bílkovinu histon H3.3. Gurdon a Ng prokázali, že právě tento zvláštní histon působí jako velmi účinný „zapínač“ genů. Váže se na promotory – úseky dědičné informace, které mají na starosti spouštění příslušného genu. Jakmile se molekuly histonu H 3.3 na promotor navážou, jsou samy chemicky modifikovány tak, aby poháněly gen k ještě vyšší aktivitě. S trochou nadsázky můžeme histon a jeho účinek na gen přirovnat k zápalce, kterou nějaký uličník zablokoval domovní zvonek tak, aby nepřetržitě vyzváněl. Oba biologové jsou přesvědčeni, že právě histon H 3.3 určuje spektrem zapnutých genů specializaci buňky.

Jak už to bývá, velké objevy přinášejí více otázek než odpovědí. Není například jisté, nakolik tento mechanizmus cíleného zapínání genů sdílejí další živočichové. Ani drápatka Xenopus laevis nepoužívá histon H 3.3 jako jediný zapínač. Gurdon a Ng odhalili geny, které jsou zapnuté i bez významnější účasti histonu H 3.3. Také není jasné, co drží geny vypnuté. Stačí k tomu nepřítomnost histonu H 3.3 na promotorech? Anebo je k tomu zapotřebí ještě něčeho jiného? Biotechnologům vrtá hlavou, jak by se dal tento objev využít pro úspěšnější klonování. Už ze stručného výčtu je zřejmé, že „nezdárný student“ Gurdon bude mít ještě dlouho nad čím bádat.