Editované minimozky. Kredit: UC San Diego Health Sciences.

Bylo by skvělé mít neandrtálce a ze všech sil ho prozkoumat. Jenomže bohužel, naši předkové je v nejmladší době ledové vytlačili, ať už si pod tím evolučním eufemismem představíme cokoliv. Na druhou stranu, máme lidské buňky, přečtený genom neandrtálců a genetický editor CRISPR, s nímž si můžeme přepisovat genetickou informaci v buňkách dle libosti. To je hozená rukavice vědecké odvaze a představivosti.

Alysson Muotri. Kredit: A. Muotri.

Alysson Muotri z americké University of California, San Diego a jeho kolegové jsou odborníky na pěstování minimozků, nevzhledných chrchelů narostlých z lidských kmenových buněk. Nedávno se zapojili do výzkumu neandrtálců, pro který jsou minimozky a obecně organoidy velmi užitečné. Neandrtálce nemáme, alespoň zatím. Můžeme si ale pořídit „neandrtálce na Petriho misce“. Stačí se mrknout na sekvence neandrtálských genů, v těch případech, kdy se liší od sekvence lidských genů, a editorem CRISPR přepsat lidské sekvence v příslušných kmenových buňkách, aby odpovídaly neandrtálci.

Minimozky na Petrisce. Kredit: A. Muotri.

Přesně to udělali Muotri a spol. Nejprve porovnali lidský a neandrtálský genom a zjišťovali, které geny se mezi námi a neandrtálci liší. Z nich pak vybrali gen NOVA1 (neuro-oncological ventral antigen 1), který kóduje regulační protein Nova-1. Ten se váže na molekuly RNA a je specifický pro neurony, tedy buňky nervové soustavy. NOVA1 je aktivní během zárodečného vývoje mozku a ovlivňuje vývoj nervové soustavy. Lidská verze genu se při srovnání s neandrtálskou (a také denisovanskou) verzí liší v jediném páru bází.

Vědci tedy neměli s editorem CRISPR moc práce. Vzali lidské kmenové buňky. Přepsali ten zmíněný jediný pár bází v genu NOVA1, takže výsledkem byly lidské buňky s neandrtálským genem NOVA1. Z nich vypěstovali minimozky, mozkové organoidy, které sice připomínají plivance na Petriho misce, ale zároveň sdílejí mnohé podobnosti s mozkovou tkání. Zároveň napěstovali i minimozky z needitovaných lidských buněk.

Minimozky s neandrtálským genem v porovnání s needitovanými lidskými minimozky narostly menší a jejich buňky se dělily pomaleji. Na první pohled vypadaly jinak. Detailní analýza odhalila, že v neandrtálských minimozcích došlo ke změně exprese 277 genů, a také k 113 událostem alternativního sestřihu (splicing), čili ke změně postupu, jak se z konkrétního genu vytvoří finální protein. Mnoho z těchto změn těsně souvisí s vývojem mozku a tvorbou nervových spojení, synapsí.

Výzkum krásně ukázal, jak ohromující důsledky může mít změna jediného písmene v sekvenci důležitého regulačního genu. Zároveň je jasné, že NOVA1 nejspíš není zcela rozhodujícím genem, jehož mutace by nás oddělila od neandrtálců. Taková „magická“ mutace zřejmě ani neexistuje. NOVA1 je jenom jedním z řady klíčových genů, zajímavým příkladem. S neandrtálskými organoidy si jistě ještě užijeme spoustu zábavy.

Video: Building The Brain With Alysson Muotri

Literatura

New Scientist 11. 2. 2021.

Science 371: eaax2537.