Výskum poukazuje na prítomnosť evolučne starších procesov v individuálnom vývoji organizmov, než je samotná mnohobunkovosť.
Vedci vložili identickú sekvenciu golierikoviek do zárodočných buniek myší. Zdroj: UC Berkeley
Bádatelia z Queen Mary University a ďalších pracovísk úspešne vytvorili chimérickú myš vložením dedičnej informácie jednobunkových organizmov – golierikoviek (Choanoflagellatea). Využili pri tom gény, ktoré má myš s týmito vodnými prvokmi spoločné. Zistenia boli publikované v časopise Nature Communications.
Vedci sa v pokuse zamerali na rodinu génov Sox2. Ide o gény kódujúce transkripčné faktory dôležité pre vývoj a morfogenézu. Pomocou vírusového vektora nahradili pôvodný úsek genómu – sekvenciu Sox2 – a vložili identickú sekvenciu golierikoviek do zárodočných buniek myší. Starodávne gény sa bezproblémovo integrovali do tela zvieraťa aj po miliarde rokov, keď sa pravdepodobne po prvý raz objavili.
„Úspešným vytvorením myší pomocou molekulárnych nástrojov pôvodom od našich jednobunkových príbuzných sme svedkami mimoriadnej kontinuity funkcií počas takmer miliardy rokov evolúcie,“ povedal hlavný autor výskumu genetik Alex de Mendoza. Ide tak o pohľad späť do dávnej histórie – keď sa pred 700 miliónmi rokov objavili mnohobunkové organizmy a pluripotencia – a zároveň o veľký skok vpred.
Hlavný autor výskumu genetik Alex de Mendoza. Zdroj: Queen Mary University of London
Evolučný mostík podríš
Kmeňové bunky sú základom pre rast živočíchov. Majú jedinečnú schopnosť vyvíjať sa a špecializovať sa na akékoľvek typy buniek. Špecializované bunky v ľudskej pečeni, koži a mozgu sa diferencovali z kmeňových buniek. Pri živočíchoch je tento proces riadený transkripčnými faktormi ako Sox2 a Oct4, ktoré regulujú gény zodpovedné za pluripotenciu.
Choanoflageláty, často považované za živé fosílie, sú našimi evolučne najbližšími jednobunkovými príbuznými. Vyskytujú sa ako planktón jednotlivo alebo v kolóniách v slaných i sladkých vodách po celom svete. Na pohyb využívajú bičík obklopený plazmatickým golierikom z vláken mikrotubulov, ktorý je unikátom medzi jednobunkovcami. Na rozdiel od krásnoočiek či iných prvokov, ktoré ho ťahajú za sebou, sú golierikovky svojím bičíkom tlačené v prúde vody dopredu. Hoci nie sú ani zďaleka také zložité ako mnohobunkové organizmy, ich genómy obsahujú starobylé verzie génov Sox a POU. Ako ukázala štúdia, v priebehu evolúcie mohlo dôjsť k ich transformácii.
„Táto trieda prvokov nedisponuje kmeňovými bunkami,“ vysvetlil de Mendoza. „No aj napriek tomu golierikovky majú tieto gény a pravdepodobne v nich riadia základné bunkové procesy, ktoré mnohobunkové živočíchy neskôr znovu použili na komplexnú stavbu tiel.“
Prírodné programovanie
Koncom deväťdesiatych rokov sa sekvenovaním ukázalo, že gény Sox2 sú veľmi konzervatívne a zároveň univerzálne pre živočíšnu ríšu i mikroorganizmy. V roku 2010 sa analýzou sekvenovaného genómu potvrdila ich prítomnosť aj v jednobunkových golierikovkách. Zároveň sa ako pri jediných jednobunkovcoch našli tri gény, ktoré sa pri mnohobunkových živočíchoch zúčastňujú na signalizačných kaskádach, takzvanej tyrozínovej fosforylácii, čím sa potvrdila teória spojovacieho článku. Práve tento objav umožnil rozvoj komplexného komunikačného systému, ktorý bol pre vznik mnohobunkového života nevyhnutný.
Človek a myši majú približne dvadsať kópií génov Sox2. Vďaka tomu, že dokážu meniť pomery v časti chromatínu, umožňujú expresiu určitých génov. Podľa nich sa začne vytvárať bielkovina. Z dospelej diferencovanej bunky, ktorá už je špecializovaná (napríklad epitelová či svalová), sa vrátia do stavu pluripotentnej (kmeňovej), z ktorej opäť môže vzniknúť akýkoľvek typ bunky.
Gény Sox2 v golierikovkách môžu indukovať pluripotenciu v cicavčích bunkách. Zdroj: Nature
Za objav preprogramovania dospelých myšacích buniek na indukované pluripotentné kmeňové bunky (iPS cells) získali v roku 2012 Nobelovu cenu japonský profesor Šinja Jamanaka a Brit John Gurdon.
Otváranie nových perspektív
Zo záverov výskumu Alexa de Mendozu a ďalších spolupracovníkov z Hongkonskej univerzity vyplýva, že živočíchy vrátane človeka využívajú na diferenciáciu (rozrôzňovanie) buniek v priebehu vývoja nástroje staré takmer miliardu rokov. Sú teda staršie, než je ich mnohobunkovosť, čo posúva naše chápanie mnohobunkového života ako výsledku dosiaľ známej evolučnej schémy. Stavebné kamene života tak často prekračujú hranice, ktoré im kladieme.
„Štúdium akýchsi prvých prototypov týchto genetických nástrojov v raných prvokoch nás podnecuje premýšľať, ako možno zlepšiť alebo optimalizovať mechanizmy pluripotencie,“ povedal Dr. Ralf Jauch z Hongkonskej univerzity.
Syntetické verzie týchto prastarých génov by jedného dňa mohli prekonať náprotivky pochádzajúce zo živočíchov v terapiách kmeňovými bunkami, čo by potenciálne urýchlilo opravu poškodených tkanív alebo liečbu degeneratívnych ochorení. Ďalší výskum by mohol priniesť dôležité poznatky o tom, ako u pacientov liečiť a korigovať rakovinové bujnenie. Uplatniť by sa mohli aj vo viacerých odvetviach regeneratívnej medicíny.
Zdroj: ZME Science, Nature
(RR)
