Laboratoř Petra Svobody z Ústavu molekulární genetiky (ÚMG) AV ČR ve spolupráci s laboratoří Atsuo Ogury z japonského institutu RIKEN v novém článku v časopise Nature Cell Biology ukazuje, jak se během evoluce může vyvíjet ochrana genomu v savčích pohlavních buňkách.

Stabilitu genomu, tedy kompletní genetické informace organismu, ohrožuje vnitřní nepřítel zvaný mobilní elementy. To jsou parazitické úseky DNA, které se umí zkopírovat a vložit na další místa v genomu hostitele. Pokud jsou aktivní v pohlavních buňkách a časných embryích, přenášejí se tyto nové kopie do dalších generací. Mobilní elementy tak zásadně ovlivňují stabilitu a evoluci genomu. Například způsobují postupné „kynutí“ velikosti genomu – u člověka nebo myši tvoří rozpoznatelné pozůstatky mobilních elementů zhruba polovinu jejich DNA. Někdy mohou přispět do evoluce i v dobrém, ale častěji tam, kam vloží novou kopii, genetickou informaci poškodí. Během evoluce se proto objevily různé obranné mechanismy. Klíčovým mechanismem  držícím mobilní elementy na uzdě v pohlavních buňkách živočichů jsou krátké RNA molekuly zvané piRNA, které umí mobilní elementy najít a umlčet.

Na základě studií myších mutantů se dlouhé roky zdálo, že piRNA jsou u savců nepostradatelné pouze pro ochranu samčích pohlavních buněk, zatímco v samičích pohlavních buňkách (vajíčkách) nemají význam – na rozdíl od bezobratlých a ryb, kde jsou důležité. Laboratoř Petra Svobody teď ukázala, že piRNA jsou u zlatých křečků nepostradatelné jak pro vývoj spermií, tak funkčních vajíček. To zásadně mění představu o fungování piRNA dráhy u savců a spolu s dalšími výsledky to ukazuje, že myš v tomto případě není reprezentativní model biologie savců.

Ukázat na křečkovi, že všeobecný předpoklad pro savce založený na experimentech na myších není správný, trvalo šest let. „Návrh projektu, který počítal s genetickou úpravou křečka, která vyřadí piRNA ochranu, vznikl už na jaře roku 2014, financování z Evropské vědecké rady (ERC) se pak podařilo zajistit od poloviny roku 2015“, říká Petr Svoboda a dodává: „Potom se ukázalo, jak náročné je u křečka provést genetickou úpravu, která se u myší dělá rutinně. Problém vyřešila Helena Fulková při pobytu u Atsua Ogury (jehož laboratoř v RIKEN institutu představuje světovou špičku v oboru), odkud přivezla křečky do Prahy v roce 2018. Na její výzkum pak navázala doktorandka Zuzana Loubalová, která jej dotáhla do konce. Proto mají obě vedkyně sdílené první autorství.“

Význam a aktuálnost tématu dokazuje také fakt, že ve stejném čísle Nature Cell Biology vycházejí další dva články zabývající se analýzou křečků s mutacemi v piRNA mechanismu. „Každý z těch článků je trochu jiný, protože piRNA mechanismus byl vyřazen jiným způsobem, a proto senavzájem skvěle doplňují“, říká Petr Svoboda, jehož menší tým dokázal v této konkurenci dotáhnout svůj projekt do úspěšného konce. Říká k tomu: „Poslední rok byl hodně intenzivní, ale zvládli jsme to. Věděli jsme, že laboratoř profesora Siomiho připravila křečky s jinými mutacemi piRNA mechanismu, ale s podobným výsledkem. Nakonec jsme dokončení publikací s nimi koordinovali a zbytek zůstal na oponentech, kterým se líbily obě práce. A mezitím se objevila ještě třetí práce kolegů z Číny. Představte si to – po všech těch letech, nákladech a množství práce se nakonec sejdou tři práce v jeden den v jednom čísle jednoho časopisu.“

Vlevo: Křeček zlatý (Mesocricetus auratus)
Vpravo: Řezy varletem třináctidenního křečka. Kruhové útvary jsou semenotvorné kanálky, kde bude v dospělosti probíhat vývoj spermií. Modře je obarvena DNA, červeně protein v podpůrných buňkách a zeleně jsou pohlavní buňky, tzv. spermatogoine, ze kterých se v budoucnu budou vyvíjet spermie. Varlatům mutanta (vpravo nahoře) chybí zeleně obarvené spermatogonie, které jsou normálně ve varlatech přítomny (vpravo dole)
Zdroj: Tým Petra Svobody (ÚMG)

Další informace v publikaci:

Zuzana Loubalova, Helena Fulka, Filip Horvat, Josef Pasulka, Radek Malik, Michiko Hirose, Atsuo Ogura, Petr Svoboda: Formation of spermatogonia and fertile oocytes in hamsters requires piRNAs. Nature Cell Biology. [doi]

Více informací:

prof. Mgr. Petr Svoboda, Ph.D.,
tel.: 296 443 147, 774 798 122,
e-mail: petr.svoboda@img.cas.cz,
web: www.img.cas.cz/vyzkum/petr-svoboda/

Kontakt pro média:

Ing. Martin Jakubec, Ph.D.,
tel.: 296 443 159, e-mail: m.jakubec@img.cas.cz

Tisková zpráva v pdf verzi.