Sú centrioly nositeľkami informácie?

Ak sa potvrdí to, čo teraz naznačujú výskumníci zo Švajčiarskeho federálneho technologického inštitútu v Lausanne, mohli by sme ženám na ich uštipačné poznámky, že naše ratolesti sú (kvôli mitochondriám) viac po nich než po nás, odseknúť: „A čo centrioly!“

Bunky majú jadro

Proces, v ktorom bunka alebo potomok získava vlastnosti alebo predispozície k vlastnostiam rodičovskej bunky alebo organizmu, nazývame dedičnosť. Môžu za to molekuly deoxyribonukleovej kyseliny (DNA). Informácie sú zakódované poradím nukleotidov a zápis je štruktúrovaný do jednotiek informácie, ktorým hovoríme gény. Ľudskú jadrovú DNA tvoria o trochu viac než tri miliardy párov báz, čo by bol pri nadviazaní vlákien chromozómov asi „meter dvadsať informácií“. Predstavuje to u nás zhruba 20 – 25-tisíc génov, čo nie je tak veľa, keď to porovnáme s hlístou Caenorhabditis elegans, ktorá ich má rovnaké množstvo. Informácie v jadre rozhodujú o väčšine vecí vrátane toho, či z nás bude dievča alebo chlapec.

Bunky majú mitochondrie 

Mitochondrie sú bunkové organely, ktoré majú obe pohlavia. Potomkom ich odovzdávajú len matky. Sú to útvary s priemerom približne 300 nanometrov. Ich počet v bunke kolíše od stoviek až do stotisíc, v závislosti od typu bunky a jej zaťaženia. Tento pár pochádza z pľúcneho tkaniva a snímka bola zhotovená transmisným elektrónovým mikroskopom. (Zdroj: Wikipedia)
Okrem spomínanej hlavnej porcie informácií, uloženej v bunkovom jadre a odovzdávanej potomstvu prostredníctvom útvarov nazývaných chromozómy, máme DNA ešte aj v semiautonómnych bunkových organelách – mitochondriách. V niektorých bunkách vyzerajú mitochondrie ako klobásy alebo sa podobajú baktériám, v iných zase tvoria bohato sa rozvetvujúce vlákna a ich sieťami sú doslova pretkané. V jednej bunke ich môže byť až stotisíc. Zámeny v jedinom písmenku genetického kódu majú na náš život veľakrát až prekvapujúco veľký vplyv. Sú varianty, ktoré pôsobia ako turbodúchadlo na bunkové motory poháňajúce spermie. Iné sú zase výhodnejšie s ohľadom na dýchanie vnútri telových buniek. A tak sa nositelia rôznych typov mitochondriálnej DNA (mtDNA) líšia náchylnosťou na horúčky a majú lepšie vyhliadky na uzdravenie v prípade ťažkej sepsy.

Deliaca sa bunka cicavca. Modrá farba zafarbila DNA. Je to zhluk chromozómov po ich zdvojení, tesne predtým, ako začnú putovať k opačným pólom bunky, aby sa mohla rozdeliť na dve s plnohodnotnou chromozomálnou súpravou. Mikrotubuly deliaceho vretienka sú sfarbené nazeleno. Centrioly sú zjavné až pri väčšom zväčšení (pozri červené útvary vo vyznačených štvorcoch). V nedeliacich sa bunkách sa nachádza len jeden pár centriol, tzv. centrosféra. Centrosféra a astrosféra predstavujú centrozóm (vretienko). Pred začiatkom delenia bunky (konkrétne vo fáze S) sa každá centriola zdvojí (replikuje) a v priebehu mitózy putujú oba páry centriol na odvrátené póly bunky. Tu zastávajú úlohu organizačných centier pre vznikajúce deliace vretienka. Snímka bola vyhotovená svetelným mikroskopom. (Zdroj: Gönczy lab.)
Hoci sa s niektorými mitochondriálnymi poruchami žiť dá, sú aj smrteľné. Snemovňa Spojeného kráľovstva minulý rok hlasovala za legalizáciu revolučnej génovej terapie umožňujúcej nahrádzať mitochondrie, ktorých genóm obsahuje škodlivé mutácie, za mitochondrie od darkyne. Taký zákrok možno vykonať pri oplodnení v skúmavke a na „akte“ sa prostredníctvom svojej genetickej informácie zúčastňujú nie dve, ale hneď tri osoby. Proti tvorbe potomkov dvoch matiek a jedného otca sa ohradili duchovní anglikánskej i katolíckej cirkvi a niektoré svetské nátlakové skupiny, ktorým sú terapie GMO tiež proti srsti. Argumentovali možnosťou, že deti s tromi rodičmi by mohli trpieť fyzicky i psychicky. Podľa predstáv odporcov manipulácií s genómom je riziko vyplývajúce zo zdravých mitochondrií väčšie než následky škodlivých mutácií. Legislatívci však taký názor nezastávali a chorým ženám možnosť mať zdravé deti povolili.

A majú tiež centrioly

Centriola je trochu menšia bunková organela než mitochondria. Je párová, tvarom trošku pripomína súdok. Pozoruhodná je tým, že sa dokáže samostatne deliť. Najznámejšia je úloha centriol v bunkovom delení. Zabezpečujú, aby sa chromozómy usporiadane presúvali do nových dcérskych buniek. Centrioly však toho vedia podstatne viac. Sú aj v tenučkých bunkových výbežkoch – bičíkoch, brvách, riasinkách. Ich zásluhou sa susedné bunky dokážu dohadovať a sú schopné synchronizovať pohyby svojich riasiniek. Celok tak pripomína to, čomu na hokeji hovoríme „mexická vlna“. Dobré to je napríklad nato, že sa naše pľúca môžu zbavovať vreca prachu alebo vdýchnutej mušky. Riasinkový epitel vo dne v noci neúnavne posúva neporiadok  až tam, odkiaľ ho môžeme prehltnúť alebo vykašľať.

Centrioly zatiaľ boli na okraji nášho záujmu aj preto, že vyššie rastliny a huby sa bez nich úplne zaobídu. Švajčiari si myslia, že na modelovom organizme prišli na ich ďalšiu možnú funkciu, ktorá by ich postavila do úlohy ďalšieho možného média prenášajúceho informácie. Nasvedčovať by tomu mohol ich prenos do zygoty, kde potom vo forme nedegradovaných – akoby chránených proteínov – prosperujú po celý rad bunkových cyklov. Poslíčkov s informáciami by z nich mal robiť proces, ktorý sa nazýva posttranslačná modifikácia. V podstate to znamená úpravu proteínov až po ich syntetizovanie ribozómom.

Mitochondrie sa dedia po materskej línii a na nového jedinca prechádzajú prostredníctvom cytoplazmy vajíčka. V hlavičkách spermíí mitochondrie nie sú a tie na krčku bičíka sú obratom skartované. Samčím mitochondriám pritom nie je dovelené zasiahnuť do deja. Centrioly v spermiách sú. Každá spermia má dve centrioly. Ich prenos na potomkov sa tak stáva mužskou záležitosťou. Pravdaže za predpokladu, že sa ovplyvňovanie vznikajúceho embrya prostredníctvom proteínov, ktoré obsahuje centriola, potvrdí a že to bude rovnaké aj u nás. Až potom bude možné s istotou vyhlásiť, že ide o nový informačný systém zabezpečovaný  gamétou (spermiou), ktorý nemá nič spoločné s chromozómom Y. Nešlo by teda o dedičnosť prostredníctvom jadrovej DNA a také ovplyvňovanie zygoty (potomka) by sa zaraďovalo k tomu, na čo už máme kolónku epigenetika. S veľkou dávkou zveličovania začali výskumníci hovoriť o kompenzácii samičej genetickej nespravodlivej nadvlády docieľovanej odovzdávaním mitochondrií.

Centrioly sú valcovité štruktúry (s priemerom 0,15 µm a dĺžkou 0,3 – 0,5 µm) zložené prevažne z vysoko organizovaných mikrotubulov. Mutácie v proteínoch, ktoré ich tvoria, môžu spôsobiť širokú škálu ochorení – od vývojových porúch, porúch dýchacích ciest, samčej sterility až po rakovinu. Centrioly prichádzajú do oplodneného vajíčka len od otca. Ich správanie na samom počiatku života vedie vedcov k domnienke, že je tam ich úloha viac než žiaduca. Snímka bola urobená elektrónovým mikroskopom. (Zdroj: Pierre Gönczy/EPFL)
Mitochondrie sú útvary vybavené DNA a génmi. V centriolách nič také nenájdeme, pretože sú to útvary, ktoré tvoria len proteíny. To, čo by mali oba systémy spoločné, by bola len účasť na sprostredkovávaní mimojadrovej genetickej informácie. V prípade mitochondrií ide o pozostatok genómu baktérií, ktoré sme si kedysi dávno skrotili a za tie milióny rokov sme si na seba zvykli tak, že už bez seba nemôžeme žiť. O pôvode centriol veľa nevieme. S mitochondriami sú si podobné asi len tým, že sú to autoreproduktívne častice vznikajúce „de novo“. Obe organely majú dlhé prsty, ktoré strkajú do bunkového metabolizmu a okrem celého radu ochorení sa montujú aj do procesov súvisiacich so starnutím.

To, že by centrioly mohli byť poslíčkom jednosmerných informácií na posttranslačné úpravy vo vyvíjajúcom sa embryu, malo vyplynúť z výsledkov pokusov na modelovom červovi z rodu hlístovcov – háďatku obyčajnom. Podoprieť túto fantazmagorickú predstavu má fakt, že proteíny centriol sú evolučne konzervované a že ich majú nielen červy, ale aj hlodavce a to sú už, rovnako ako my ľudia, cicavce. Ak centrioly vnesené samcom cez spermiu prostredníctvom svojich proteínov po niekoľko cyklov množenia buniek s vyvíjajúcim sa embryom skutočne nejako „cvičia“, bolo by nepravdepodobné, že by sa nám ľuďom tento mechanizmus vyhol.

Revolúcia?

To, že komponenty samčích centriol pretrvávajú vo vyvíjajúcom sa embryu dlhšie, ako by tam mali byť, je veľmi zaujímavé, ale len pre odborníkov. Mnohému to nasvedčuje, ale len keby sa zistilo, že tam naozaj fungujú a ako nejakí „mentori“ školia vyvíjajúci sa zárodok a že jeho proteíny napomáhajú životu v jeho kritickom období, bola by to „bomba“. Ale zase nie taká veľká, pretože už nešlo o prvý prípad informácií odovzdávaných proteínmi. O sprostredkovaní informácie v živočíšnej ríši prostredníctvom proteínov vieme už dlhšie.

Steny centrioly sú zložené z mikrotubulov usporiadaných kruhovo. Tvorí ich tubulín. (Zdroj: Twooars, Wikipedia.org. Licencováno pod CC BY-SA 3.0)
Najznámejším prípadom sa stala choroba šialených kráv (BSE), t. j. spongiformná encefalopatia. Dala genetikom poriadnu facku za ich presvedčenie, že „čo nemá DNA alebo aspoň RNA, sa ani nemôže šíriť“. Zaucho uštedrila aj technológom za ich nepravdivé tvrdenie, že autoklávovanie likviduje všetky patologické zárodky. Svoje si zlízli aj infektológovia za propagovanie bludu, že skrmovanie kafilérnej múčky z oviec kravami je bezpečné. My ostatní odvtedy vieme, že sa varením hovädzieho v tlakovom hrnci prionov nezbavíme a že sa choroba prenáša aj medzi takými vzdialenými druhmi, ako sú hlodavce – prežúvavce – človek. Na klinikách sa zase poučili, že sa nákaza prenáša ako krvnou konzervou, tak aj bežne sterilizovaným skalpelom.

Niektorým proteínom skrátka nie je dobré veriť ani nos medzi očami. A to napriek tomu, že žiadnu nositeľku dedičnosti v podobe molekúl DNA alebo RNA nemajú. Silnými ich robí ich odolnosť voči  teplu i dezinfekčným prostriedkom. „Zlo“ sa pritom na nich môže vytvoriť už dotykom, ktorý ich molekulu nevhodne priestorovo poskladá. Zdravú molekulu kontakt s takým zloduchom zmení natoľko, že sama začne plniť  funkciu  matrice a stane sa pre svoje okolie hrozbou. Neuróny sa popletených proteínov nedokážu zbaviť, hromadia ich v cytoplazme, až ich to napokon zahubí, a to aj s ich hostiteľom. S prionovými chorobami je to ako s chrípkou, tiež ich je veľa typov a líšia sa mierou infekčnosti i tým, z ktorého druhu na aký sú schopné preskočiť.

Nie všetky prípady nejadrového a nemendelistického šírenia informácie z rodičov na potomstvo sú zlými správami spojenými s utrpením. Príkladom tých dobrých je navesovanie značiek na vlákno DNA. To, aká značka sa na miesto s génom prilepí, funkciu čítacieho mechanizmu bunky v danom mieste uľahčí alebo zhorší. Príslušný gén sa potom buď „rozbehne na väčšie obrátky“, alebo pribrzdí na lenivého „pecivála“. Týmto mechanizmom (naväzovaním metylových skupín na DNA) sa riadi napríklad diferenciácia buniek. Metylácia, demetylácia či acetylácia sú to, čo nám dovoľuje rýchlo reagovať na zmenené podmienky prostredia, dolaďovať pevne nastavené genetické mantinely, čo robí náš život pestrým a znesiteľným.

Pľúcny riasinkový epitel. Tenké bunkové výbežky majú vo svojej základni centrioly. Umožňujú im pohyb synchronizovať, aby sa celok správal ako dopravníkový pás. Bez informácií zabezpečovaných centriolami by riasinky naháňali škodliviny len z miesta na miesto (Zdroj: Charles Daghlian, Dartmouth Univ.).
Medzi husárske kúsky epigenetiky patrí aj ovplyvňovanie dedičnosti nazývanej genomický imprinting. Pri ňom záleží na tom, či gén prišiel do zygoty „na spermii“, alebo bol vo vajíčku – teda prišiel od matky. Názorným príkladom genómového vtlačovania je rozdiel medzi mulicou a mulom. Aj keď v oboch prípadoch majú absolútne rovnaké chromozómy a jadrovú DNA, gény si pamätajú, či otecko osol bol alebo nebol.

Ak sa potvrdí, čo hovorí Pierre Gönczy, že centrioly sú ďalším prostriedkom jednosmerného odovzdávania informácie, pôjde o zasahovanie do samotného počiatku života. A pochopením významu zotrvávania proteínov centriol od samčekov vo vyvíjajúcom sa zárodku by sme mali dostať do ruky nástroj, ktorým by sa dali naprávať ďalšie z dedičných porúch a neplodností. Mohlo by to tiež vziať vietor z plachiet našim drahým polovičkám a skoncovať s ich chválením, ako svojimi mitochondriami pretvárajú našich spoločných potomkov viac na obraz svoj. 
S pozdravom „Centriolám zdar!“ 


Literatúra

  1. Balestra FR, von Tobel L, Gönczy P. Paternally contributed centrioles exhibit exceptional persistence in C. elegans embryos. Cell Research 24 April 2015. DOI: 10.1038/cr.2015.49, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
     

 

Hodnotenie článku

inVitro 3/2015

Genetika

Tento článok sa nachádza v čísle InVitro 3/2015 Genetika. Ak máte záujem o časopis v tlačenej verzii, ozvite sa nám.
Objednať inVitro