Vďaka nej sme o krok bližšie k vytváraniu umelých orgánov.
Latiméria divná (Latimeria chalumnae). Zdroj: iStockphoto.com
Srdce, pľúca, obličky i pečeň. Všetko sú to komplexné a špecializované orgány. Ak niektorý z nich nefunguje správne, ľudský i zvierací život je ohrozený. Vedci preto neustále hľadajú nové možnosti liečby. Jedna z nich sa môže ukrývať v Petriho miske v laboratóriu. Nové zistenie posunulo vedcov o krok bližšie k možnému vytváraniu umelých orgánov. K tomu je však potrebné porozumieť fungovaniu kmeňových buniek.
Joshua Mark Brickman so svojím tímom odborníkov z Univerzity v Kodani a ďalších partnerských inštitúcií odhalil evolučný pôvod hlavného génu pôsobiaceho na sieť génov, ktoré ovplyvňujú kmeňové bunky.
Potenciál ukrytý v kmeňových bunkách
Akonáhle vedci lepšie porozumejú tomu, ako sa pluripotentné kmeňové bunky vyvíjajú na bunky niektorého orgánu, napríklad srdca, pľúc, obličiek a iných, budú bližšie k tomu, aby tento proces mohli replikovať v laboratóriu.
„Prvým krokom vo výskume kmeňových buniek je pochopenie génovej regulačnej siete, ktorá podporuje pluripotentné kmeňové bunky. Dôležité je pochopiť, ako sa funkcia génov a ich proteínov zdokonaľovala v čase,“ hovorí Joshua Mark Brickman v tlačovej správe Univerzity v Kodani.
Výskum kmeňových buniek je súčasťou širšej výskumnej oblasti, nazývanej syntetická biológia, ktorá spája tradičné biologické odbory a biotechnológie s technickými odbormi a informačnými technológiami. Cieľom výskumu je porozumieť základným biologickým stavebným prvkom, ktorými sú aj kmeňové bunky. Vedci chcú navrhnúť a vybudovať biologické systémy, ktoré dokážu produkovať bunky s viacerými cieľmi, primárnym z nich je liečba. Kmeňové bunky sa využívajú v regeneratívnej medicíne a najčastejšie sa získavajú z kostnej drene, tukového tkaniva a periférnej a pupočníkovej krvi.
Žijúca fosília poskytuje kľúč k rozlúšteniu záhady kmeňových buniek
Vedci dlho predpokladali, že schopnosť pluripotencie prislúcha len kmeňovým bunkám cicavcov. Joshua Mark Brickman so svojím tímom odborníkov však zistil, že hlavný gén, ktorý riadi a podporuje diferenciáciu kmeňových buniek, je prítomný aj v skupine rýb, nazývaných célakantotvaré (Coelacanthiformes). Z tejto vzácnej a prastarej skupiny rýb v súčasnosti žijú už len dva druhy, ktoré sú navyše aj ohrozené – latiméria divná (Latimeria chalumnae) a latiméria indonézska (Latimeria menadoensis).
Ryby z radu célakantotvaré označujú odborníci tiež ako žijúce fosílie, keďže sa vyvinuli asi pred 400 miliónmi rokov do podoby, v akej ich poznáme i v súčasnosti. Zaujímavou anatomickou črtou týchto rýb sú párové plutvy, ktoré sú podobné končatinám štvornožcov. Vedci predpokladajú, že sa podobajú prvým tvorom, ktoré opustili more a postupne osídlili súš.
Genetický pôvod vlastnosti pluripotencie siaha do nadtriedy živočíchov, zvaných čelustnatce, kam patria aj latimérie. Následná génová duplikácia viedla k evolučnému vzniku dvoch paralógov (génov s podobnými funkciami), ktoré sa líšia schopnosťou podporovať rôzne štádiá pluripotencie. Vedci skúmali vývoj rodiny génov, zvanej Pou5, ktorá sa na tejto vlastnosti primárne podieľa. Oct4 (kódovaný génom POUF5F1) ako jeden z hlavných transkripčných faktorov (proteín, ktorý má schopnosť spúšťať či inak regulovať prepis DNA) kmeňových buniek bol prvýkrát identifikovaný v prípade myší. Jedna z jeho ľudských foriem, konkrétne OC4A, sa na 87 percent podobá tej myšacej. Vedci zistili, že gén, ktorý majú aj tieto prastaré ryby, môže nahradiť ten, ktorý majú cicavce, i napriek tomu, že ryby sú odlišnou skupinou živočíchov. Vedci prirovnávajú štúdium buniek týchto prastarých rýb k cestovaniu časom. „Ústredný faktor, ktorý riadi sieť génov v kmeňových bunkách, majú už ryby z radu célakantotvaré. To ukazuje, že táto sieť génov existovala na počiatku evolúcie, pravdepodobne už pred 400 miliónmi rokov,“ vysvetľuje význam objavu spoluautor štúdie Woranop Sukparangsi.
Zdroj: iStockphoto.com
Na základe výskumu genetickej regulačnej siete iných druhov živočíchov, môžu vedci zistiť, akým spôsobom fungujú kmeňové bunky.
„Krása putovania späť v čase v rámci evolúcie spočíva v tom, že organizmy sa stávajú jednoduchšími. Napríklad namiesto viacerých verzií niektorého základného génu majú len jeho jednu kópiu. Týmto spôsobom môžeme ľahšie porozumieť tomu, ktoré faktory sú skutočne dôležité v procese delenia a diferenciácie a zároveň ich použiť, a zlepšiť tým postupy pestovania kmeňových buniek v laboratóriu,“ vysvetľuje spoluautorka štúdie Elena Morganti.
Žraloky, myši aj klokany
Vedci zistili, že génová regulačná sieť, ktorá ovplyvňuje pluripotentné kmeňové bunky, je oveľa staršia, než sa pôvodne predpokladalo.
Výskumníci študovali génovú rodinu Pou5, súčasťou ktorej je aj Oct-4, viac ako 40 odlišných druhov zvierat vrátane žralokov, myší a klokanov. Pomocou umelej inteligencie vytvorili trojrozmerné modely rôznych proteínov danej génovej rodiny. Zistili, že základná štruktúra proteínov sa počas evolúcie nemenila a ostáva rovnaká. Zaznamenali však druhovo špecifické rozdiely v niektorých regiónoch (oblastiach) proteínov, ktoré môžu mať vplyv na pluripotentnú schopnosť kmeňových buniek. Uvedené nové objavy o evolúcii sú dôležité pre ďalší výskum a sú významným krokom k pochopeniu fungovania kmeňových buniek.
Autor: Andrea Bučičová
Zdroje: TS Univerzita v Kodani, DOI: 10.1038/s41467-022-32481-z, Centrum činností SAV, VEDA NA DOSAH, DOI: 10.1186/scrt39
(JM)
