Jak předávají otcové svá traumata potomkům?

Záhada dědičného strachu z vůně

Nedávno jsme psali o podivuhodném experimentu, v kterém Kerry Ressler spolu s Brianem Diasem z Emoryho univerzity v americké Atlantě vypěstovali u myší strach z vůně synteticky připraveného acetofenonu.¹⁾ V tom se jejich pokus podobal slavným experimentům Ivana Petroviče Pavlova z konce 19. století. Ressler a Dias však k údivu vědecké veřejnosti prokázali, že se tento podmíněný reflex dědí. Jakmile potomci myší s vypěstovaným reflexem ucítili acetofenon, dostali také strach. Bez ohledu na to, že předtím neměli se syntetickou molekulou nejmenší zkušenost. Ressler a Dias prokázali, že se strach z pachu přenáší na další generaci prostřednictvím pohlavních buněk. Myši, které zdědily strach z acetofenonu, jsou vybaveny vyšším počtem molekul čichových receptorů, jež reagují na acetofenon. Mají také v mozku posílené nervové obvody pro detekci této vůně a její ukládání do paměti. Mechanismus přenosu strachu z generace na generaci nedokázali Ressler s Diasem objasnit. Nové světlo teď vrhá na tuto záhadu studie švýcarských vědců a jejich britských kolegů pod vedením Isabelle Mansuyové z Curyšské univerzity.²⁾

Stres otců – trable potomků

Psychická traumata utrpěná v raném dětství mohou člověka poznamenat na zbytek života. Isabelle Mansuyová zkoumala tento problém na myších matkách a jejich mláďatech. Po dva týdny oddělovala každý den v náhodně vybranou dobu matky od jejich mláďat. Pro myšata to představovalo těžký stres. Silnému stresu byly vystaveny i matky, protože je Mansuyová a spol. na dobu izolace uzavírali do stísněných prostor. Stresovaní potomci tak byli odchováváni stresovanými matkami, což je, bohužel, situace běžná i v řadě lidských rodin.

Stresová zátěž myší nezůstala bez následků. V dospělosti vykazovaly významné změny v chování. Vyrostly v hazardéry, kteří se nebáli vylézat na silně osvětlená místa, jimž se obezřetné myši vyhýbají. U těchto myší byly navíc patrné změny v metabolismu cukru glukózy. Stres z raných období života tedy mění jak nervové funkce mozku, tak i regulaci látkové výměny v organismu.

Podobně jako Ressler a Dias prokázali i Mansuyová a spol., že se následky prožitého stresu dědí. Potomci vystresovaných myší odchovaní ve spořádané myší rodině v péči starostlivé matky tíhnou k hazardnímu chování a mají narušený metabolismus glukózy podobně jako jejich rodiče. Také švýcarsko-britský tým stál před záhadou, jakým mechanismem se následky stresu dědí z pokolení na pokolení.

Tajný náklad spermií

Vědci z týmu Isabelle Mansuyové se rozhodli u myšáků, kteří v mládí trpěli stresem a předávali následky traumatu potomkům, prozkoumat spermie, sérum a mozkové centrum hipokampus. Přitom zjistili, že v mládí stresovaní samci mají ve svých spermiích zvýšený obsah některých molekul kyseliny ribonukleové (RNA). Jde o krátké řetězce RNA, které buňka nepoužívá jako předlohu pro syntézu bílkovinných molekul, ale slouží jí k regulaci aktivit dědičné informace. Konkrétně tito vědci odhalili ve spermiích stresovaných myšáků zvýšený výskyt dvou typů těchto malých nekódujících RNA. Jde o mikroRNA (miRNA) tvořené 21 až 24 písmeny genetického kódu a o piwi-interagující RNA (piRNA) tvořené 26 až 31 písmeny genetického kódu.

Jak napovídá název, spojují se piRNA do komplexů s piwi-proteiny a společně pak reagují jak s dědičnou informací, tak i jinými molekulami RNA. Čilé jsou piRNA například v buňkách, z nichž vznikají spermie. Kromě jiného tu dohlížejí na „skákající geny“ čili transpozony, aby svým „poskakováním“ nenapáchaly v genomu moc škod a nedaly budoucímu jedinci do vínku těžké defekty. miRNA se jako „zarážky“ napojují na jednoduchá vlákna dlouhých molekul RNA a brání tomu, aby se podle těchto RNA vytvářely molekuly bílkovin. Když se „zarážka“ v podobě molekuly miRNA od dlouhého vlákna RNA oddělí, syntéza proteinu se opět rozjede; miRNA a piRNA jsou tedy velmi účinné nástroje pro ovlivnění funkce dědičné informace.

Spermie nesou poselství v malých RNA

Potomci, kteří zdědili po otci následky jeho stresu, měli rovněž zvýšený obsah vybraných malých nekódujících RNA. Stejné miRNA a piRNA se u nich nacházely nejen ve spermiích, ale také v krevním séru a v hipokampu. Už to naznačovalo, že by právě malé nekódující RNA mohly být oním poslem, který zprostředkovává předávání následků stresů z otců na potomky. Ale je to skutečně tak? Nejde jen o souhru náhod?

Pro vyvrácení této možnosti podnikla Isabelle Mansuyová se svým týmem velmi zajímavý experiment. Izolovala malé nekódující RNA ze spermií stresovaných myšáků a ty pak vstříkla do oplozených vajíček, jejichž biologičtí rodiče vyrůstali odmalička v uspořádaných poměrech bez zvýšeného stresu. Myšata narozená v tomto pokusu vykazovala všechny typické znaky potomků vystresovaných rodičů – chovala se hazardně a měla narušený metabolismus glukózy. Následky stresu se tedy přenášejí z generace na generaci prostřednictvím malých nekódujících RNA.

Zatím není jasné, zda a nakolik se malé nekódující RNA podílejí na dědění uměle vypěstovaného strachu z acetofenonu popsaného Resslerem a Diasem. Je to však zcela jistě pro tyto badatele inspirace pro další výzkum.

RNA v roli genů

Situace, kdy nějakou vlastnost nepřenáší z jedné generace na druhou jen DNA, ale také RNA, jsou známé. U rostlin představují podstatu paramutací objevených před více než půlstoletím. U savců je dobře prostudována role RNA při dědění mutace genu Kit označované jako tm1Alf. Podle mutovaného genu Kit^tm1Alf se nevytváří příslušný protein. Myši, které zdědí mutaci tm1Alf po jednom z rodičů, si proto této bílkoviny vyrábějí méně. Na jejich vzhledu se to projeví bílými tlapkami a bílou špičkou ocásku.

Při křížení myšek s mutací tm1Alf a myší, které od rodičů mutovanou formu genu Kit^tm1Alf nezdědily, by se podle pravidel odhalených Gregorem Johannem Mendelem měla narodit polovina potomků s mutovaným genem Kit^tm1Alf a tyto myši by měly mít bílé nožky a ocásek. Druhá polovina mutaci nezdědí a měla by mít ocásek i tlapky hnědé. Jenže to se nestane. Všichni potomci mají bílé tlapky a ocásek bez ohledu na to, zda od rodiče mutovaný gen Kit^tm1Alf zdědili nebo ne.

Vysvětlení tohoto fenoménu podali francouzští vědci pod vedením Minoo Rassoulzadeganové z Univerzity v Nice – Sophia Antipolis.³⁾ Zjistili, že myšáci nesoucí mutovaný gen Kit^tm1Alf ukládají do svých spermií obrovské množství abnormální RNA. Ta potlačí aktivitu nemutovaných genů Kit v dědičné informaci potomků a myši pak vypadají, jako kdyby mutaci tm1Alf stále ještě nesly. Bílé tlapky a ocásek mají i myši, které si pro tyto znaky nenesou instrukci ve své DNA (postrádají mutovanou formu genu Kit^tm1Alf).

Epigenetická dědičnost

Kerryho Resslera přivedla k výzkumu na myších jeho práce psychologa, při které studoval problémovou mládež z chudinských čtvrtí velkých amerických měst. Mnohé naznačuje, že se některé typy rizikového chování, jako je sklon k závislosti na drogách a alkoholu nebo agresivita a kriminální jednání, přenášejí z rodičů na potomky. Přitom určitá část těchto děděných dispozic zřejmě není přímo zapsána písmeny genetického kódu do DNA. Významnou roli tu hrají epigenetické změny dědičné informace, které se neodehrávají ve dvojité šroubovici DNA, ale na jejím „povrchu“. Nejde tu o mutace, které by zasáhly do pořadí písmen genetického kódu v DNA. Při epigenetických změnách se pořadí písmen genetického kódu v DNA nemění. Dvojitá šroubovice je „obalena“ různými molekulami, nebo je těchto obalů naopak zbavena. To se promítne do tempa, jakým se podle daného úseku dědičné informace vyrábějí molekuly RNA a následně i bílkoviny. Epigenetické změny mohou geny „přibržďovat“, ale také jim „přidávat plyn“.

Dnes už nikdo nepochybuje o tom, že stresové faktory navozují v dědičné informaci řadu epigenetických změn a ty se pak přenášejí na další pokolení. Na tom, že by epigenetická dědičnost mohla významně promlouvat do života lidí a ovlivňovat jejich zdraví, se odborníci rovněž shodnou. Příkladů na podporu těchto názorů je k dispozici dost a dost.

Autismus a drogová závislost

Nedávno prokázali norští vědci pod vedením Pala Suréna vztah mezi obezitou rodičů a výskytem autismu u jejich dětí.⁴⁾ Jedním z vysvětlení pro tuto souvislost je, že některé varianty DNA přispívají rukou společnou a nerozdílnou jak ke sklonu k obezitě, tak i ke sklonu k autismu. Ve hře je ale i epigenetické vysvětlení, podle kterého obezita navodí v dědičné informaci pohlavních buněk rodičů takové epigenetické změny, jaké u potomků zvýší riziko vzniku autismu.

O tom, že ani podezření Kerryho Resslera o epigenetické dědičnosti sklonů k drogové závislosti nemusí být neopodstatněné, vypovídají výsledky experimentu amerických vědců pod vedením Yasmin Hurdové z Icahnovy lékařské fakulty při newyorské Nemocnici Mount Sinai.⁵⁾ Ti podávali dospívajícím potkanům tetrahydrokanabinol (THC), jenž je jednou z hlavních složek zodpovědných za účinky marihuany. Množství opakovaně podávaného THC odpovídalo dávce, jakou dostane do organismu člověk po vykouření jednoho jointu. Když byl potomkům těchto potkanů podán heroin, upadali do silnější závislosti než potomci potkanů, kteří THC nedostávali.

Zdá se, že dědičnost je ještě komplikovanější záležitost, než jsme si donedávna mysleli. Kromě „hlavní třídy“, po níž je předávána dědičná informace uložená přímo v dvojitých šroubovicích DNA, můžou dědičné vlastnosti putovat z generace na generaci i postranními epigenetickými uličkami. Na ně se dědičnost vydá poté, co si pod vlivem nejrůznějších faktorů vnějšího prostředí připíše k dědičné informaci uložené v DNA „poznámky pod čarou“, například v podobě krátké nekódující RNA.