Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Vychýleni z rovnováhy – v genech a v mysli

Teorie geneticky imprintovaného mozku
 |  7. 5. 2009
 |  Vesmír 88, 300, 2009/5

Sklon k duševním chorobám má často dědičný základ. Vědci odhalili mnoho variant genů, jež ke vzniku těchto závažných onemocnění přispívají. Představa, že se v lidské DNA tu a tam změní nějaké to písmenko genetického kódu, a to pak spolu s mnoha dalšími faktory přivede mysl člověka do „dezolátního stavu“, už v lékařské literatuře i obecném povědomí zdomácněla. Nedá se tím však vysvětlit vše.

Když Mendelův zákon neplatí

Christopher Badcock a Bernard Crespi nabízejí celkem neotřelou teorii, 1) jež vysvětluje vznik širokého spektra duševních chorob změnami dědičné informace, při kterých zůstává nezměněno pořadí písmen genetického kódu. Podle Badcocka a Crespiho je duševní choroba vyvolána tím, že se „vychýlí z rovnováhy“ některé geny s původně „vybalancovaným“ účinkem. Badatelský tandem vidí příčinu duševních chorob ve zvláštní sortě genů, jež se i za zcela normálních okolností odmítají řídit Mendelovými zákony.

Ze základních zákonitostí dědičnosti plyne na první pohled samozřejmý fakt, že je jedno, po kterém rodiči co zdědíme. Pokud nám otec předá vlohu pro hnědou barvu očí a po matce zdědíme vlohu pro oči modré, je výsledek stejný, 2) jako když dědíme po tatínkovi „modrou“ variantu genu a z maminčiny strany se nám do dědičné informace dostane vloha určující hnědé zbarvení duhovky. To platí pro drtivou většinu ze zhruba 23 000 genů, jež se v lidské dědičné informaci nacházejí. Výjimku potvrzující již zmíněné pravidlo představují geny podléhající imprintingu. 3) Týká se to zřejmě několika stovek genů. Vědci vědí zatím asi o stovce genů, které imprintingu podléhají, a předpokládají, že mnohé dosud zůstávají neodhaleny.

U genu podléhajícího imprintingu není jedno, který rodič jej potomkovi předal. Gen se dědí v „činné“, nebo „nečinné“ formě podle toho, zda přichází v otcově spermii, nebo v matčině vajíčku. Právě při tvorbě pohlavních buněk rodič některé imprintované geny „uspává“ a jiné „probouzí“. 4) Vždycky je to tak, že k „bdělému“ genu jednoho rodiče dodává druhý rodič gen „spící“. Konstelace dvou „spících“ genů je poukázkou na řadu problémů, protože potomkovi „bdělý“ gen chybí. Závažné problémy čekají i potomka, který zdědil dvojici „bdělých“ genů. V tomto případě platí, že všeho moc škodí.

Boj matek a otců

Mezi obratlovci jsou imprintované geny výsadou savců. Vysvětlení pro existenci imprintovaných genů existuje řada. Velké popularitě se těší teorie, která v těchto genech vidí zbraně, jimiž proti sobě vedou evoluční válku samci a samice. 5) Ta vychází z předpokladu, že zdatnější, silnější a větší potomek to má na světě snazší, sám plodí více potomstva, a tudíž předává úspěšně geny svých rodičů dalším generacím. Na první pohled mají oba rodiče zájem na tom, aby jejich potomek přišel na svět co největší a nejzdatnější. U savců to má jeden háček. Plod nosí v těle samice. 6) Živiny pro svůj intenzivní růst si plod bere z jejího organismu. Do velkého potomka cpe matka živiny i po jeho narození, když krmí mládě mateřským mlékem. Otec tyto „náklady“ na „produkci“ zdatného potomka nenese. Nerovnocenné postavení obou rodičů svádí k tomu, aby otcové předávali potomkům geny pro extrémní růst. Proč ne, když je to nic nestojí. Matka může na vývoj takového potomka těžce doplatit. Otesánek z ní během březosti vysaje všechny síly. Kdo ví, za jak dlouho a zda vůbec se z toho matka vzpamatuje a donosí další mládě?

Za této situace mají otcové zájem předávat potomkům geny pro extrémní růst. Matky se tomu brání. Během tvorby pohlavních buněk jsou geny podporující intenzivní růst aktivovány ve spermiích a otec je předá potomkovi v „bdělé“ formě. Matka tyto geny ve vajíčku „uspává“. Platí to i naopak. Geny, které drží růst plodu pod kontrolou, předává potomkovi matka „bdělé“ a otec je „uspí“.

Ve prospěch této teorie svědčí fakt, že imprintingu podléhá řada genů, které řídí růst (například geny pro růstové faktory a jejich receptory), a že některé poruchy imprintingu způsobují dramatické změny růstu. Například poruchy imprintovaných genů pro růstové faktory a jejich receptory u klonů skotu mají za následek syndrom obřích telat, kdy se v těle krávy vyvíjí nadměrně velký plod se sníženou životaschopností. 7) U člověka vyvolá porucha imprintigu genu pro IGF2 8) vážné vrozené defekty. Za normálních okolností dědíme aktivní kopii genu IGF2 od otce a inaktivní kopii od matky. Pokud dítě zdědí obě aktivní kopie, pak se u něj projeví Beckwithův-Wiedemannův syndrom, pro který je typický nadměrný růst. Porodní hmotnost dítěte je 50 % nad normálem. Pokud dítě zdědí dvě mateřsky imprintované kopie (tedy dvojici „uspaných“ genů pro IGF2), je postiženo Silverovým-Russellovým syndromem, jenž se projevuje nedostatečným růstem.

Genová tahanice o mozek

Geny podléhající imprintingu zdaleka nemají v organismu na starosti jen tělesný růst. Mnohé z nich sehrávají významnou roli při vývoji mozku a při řízení jeho funkcí. 9) Badcock a Crespi došli k závěru, že také v tomto případě imprintované geny postrkávají potomka tam, kde je to výhodné pro matku, nebo naopak pro otce. Pokud se vše odehrává v mezích normy, je to nakonec výhodné pro všechny – pro děti i pro rodiče. Matka ovlivňuje imprintingem funkci genů tak, aby pro ni bylo dítě „energeticky úsporné“. Takové dítě je menšího vzrůstu, je klidnější a samostatnější, což znamená, že se musí dobře vyznat v lidech a správně si vykládat jejich chování. Při mírnější převaze mateřsky imprintovaných genů se rodí člověk s výraznějšími společenskými sklony. Otec imprintingem genů ponouká dítě, aby bylo mohutnější, orientovalo se především na hmotnou stránku světa a cizích lidi si moc nevšímalo, protože pak se o něj musí starat matka. Mírnější převaha otcovského imprintingu se projeví techničtějším způsobem myšlení.

Potíže nastávají, když se imprinting až příliš vychýlí z rovnováhy. Extrémní projevy otcovsky imprintovaných genů mohou přerůst v duševní stav, kdy člověk přestává vnímat lidi, není s to s nimi navázat těsnější kontakt a soustředí se jen na věci. To je jeden z projevů autismu. 10) Naopak silná převaha účinku genů s mateřským imprintingem vede k tomu, že člověk vidí spletité mezilidské vztahy i tam, kde nejsou. To se může projevit paranoiou, 11) při níž se člověk cítí ohrožen neexistujícím spiknutím.

Badcock a Crespi podpořili svou teorii řadou nepřímých důkazů. Pacienti s Beckwithovým-Wiedemannovým syndromem, jejichž růst je poznamenám nadměrnou dávkou „otcovsky“ imprintovaného genu pro IGF2, mají zároveň velmi silný sklon k autismu. A naopak autisté mají v těle zvýšenou aktivitu genů pro růstový faktor IGF2. Podle Badcocka a Crespiho to potvrzuje, že se na vzniku autismu podílí kromě jiných faktorů i narušený imprinting genů.

Dalším příkladem souvislosti mezi imprintingem genů a narušeným fungováním mozku jsou následky poruchy imprintingu celé sady genů na lidském chromozomu 15. Pokud porucha vyústí v převahu otcovsky imprintovaných genů, postihne člověka Angelmanův syndrom, jenž se kromě jiného projevuje hyperaktivitou, snahou strhnout na sebe pozornost a v neposlední řadě i silnými sklony k autismu. Převaha mateřsky imprintovaných genů má za následek Praderův-Williho syndrom, který se v raném dětství projevuje klidnou povahou. Po odstavení jsou děti s tímto syndromem posedlé sháněním a konzumací velkého množství jídla. To lze podle Badcocka a Crespiho chápat jako do extrému dovedené chování, které mělo původně ulehčit matce péči o dítě.

Paranoia a autismus jsou podle Badcockovy a Crespiho teorie „imprintovaného mozku“ 12) jen extrémní situace, jakési protipóly, účinku imprintovaných genů na mozek. Imprinting genů se může podílet na vzniku dalších duševních chorob, například schizofrenie, depresí nebo bipolární poruchy, dříve označované jako maniodepresivní psychóza.

Poznámky

1) Crespi B., Badcock C., Behav. Brain Sci. 31, 241–261, 2008.
2) Dítě, které zdědí jednu vlohu pro hnědé zbarvení duhovky a jednu vlohu pro modré oči, má oči hnědé, protože účinek „hnědé“ varianty genu převládá nad efektem jeho „modré“ verze. Variantám říkáme alely. Jako dominantní označujeme „silnější“ alely (v našem případě alelu „hnědou“). Ty převládají nad alelami „slabšími“ čili recesivními.
3) Imprinting lze přeložit jako „vtištění“. Termín se používá hojně v mnoha různých vědních odvětvích. Známý je například imprinting mláďat, která si v kritickém období záhy po příchodu na svět vtisknou do paměti podobu rodičů. Jak ukázal ve svých klasických pokusech Konrad Lorenz, mohou si housata vtisknout do paměti místo podoby rodiče vzhled podstrčeného předmětu, třeba boty, a za ním pak všude chodí, jako kdyby následovala matku.
4) Buzení či uspávání genů se děje například metylací DNA. Pokud se v daném úseku DNA napojí metylové skupiny CH3 na „písmeno“ genetického kódu cytosin, pak je aktivita genů utlumena. Naopak odnětí metylových skupin má za následek probuzení genu.
5) Moore T., Haig D., Trends Genet. 7, 45–49, 1991.
6) U ryb, obojživelníků, plazů, ptáků a vejcorodých savců přidělí matka potomkovi porci živin ve vejci. Mládě si během vývoje nemůže vzít víc, než má k dispozici. Matky tak ochranu svých zájmů pomocí imprintingu nepotřebují.
7) Porodní hmotnost telete se pohybuje kolem 30 kilogramů. Plody klonů postižených „syndromem obřích telat“ mohou dorůstat hmotnosti až 90 kilogramů. Na svět je musí přivést veterinář císařským řezem.
8) Insulin-like growth factor 2 čili inzulinu podobný růstový faktor 2.
9) Viz např. Wilkinson L. S. et al., Nature Rev. Neurosci. 8, 832–843, 2007.
10) Autismus – vývojová porucha mozku, která se projevuje narušením schopnosti komunikovat s jinými lidmi, vcítit se do jejich role. Pro autisty je typický omezený rejstřík chování. Určité typy chování autisté často opakují.
11) Paranoia – duševní porucha, pro kterou je typický silný strach a bázlivost. Může přerůst až ve falešné představy a bludy.
12) V tomto případě je pojmem „imprintovaný“ míněn mozek, jehož funkce jsou ovlivněny geny podléhajícími imprintingu.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Genetika

O autorovi

Jaroslav Petr

Prof. Ing. Jaroslav Petr, DrSc., (*1958) vystudoval Vysokou školu zemědělskou v Praze. Ve Výzkumném ústavu živočišné výroby v Uhříněvsi se zabývá regulací zrání savčích oocytů a přednáší na České zemědělské univerzitě v Praze. Je členem redakční rady Vesmíru.
Petr Jaroslav

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