Dar přítele Röntgena. Kredit: Stanislav Daniš, Univerzita Karlova.

To že se nám některé virové nákazy zapíší do genomu a že památky na taková setkání pak předáváme na potomstvo, není žádnou novinkou. Novinkou není ani to, že genetici jedno takové churavění retrovirem byli schopni vysledovat až do doby, kdy se na Zemi rozešli obratlovci vybavení čelistmi s těmi, které čelisti neměli. Abychom pochopili horkou genetickou novinku popsanou britskými vědci z Cambridge a Edinburghu, bude to chtít zopakovat si význam dvou pojmů.

Myelinové pochvy - dar od přítele zvaného retrovirus. Kredit: User:Dhp1080, Wikimedia, CC BY-SA 3.0

Retrotraspozon je když

Retroviry jsou poněkud neobvyklými viry – jsou obaleny fosfolipidovou membránou a občas se to tak semele, že se nám zabudují do naší DNA. O tom, jak schopnými souputníky svých obětí tyto viry jsou, svědčí fakt, že způsobují nemoc zvanou AIDS. Kromě toho mají onkogenní potenciál. To v překladu do lidštiny znamená, že jim vděčíme za celou řadu rakovin. Nás dnes na retrovirech zajímá jejich schopnost přeprogramovat buněčnou DNA.

Spustit animaci

Šíření akčního potenciálu v myelinizovaných neuronech je rychlejší, než v nemyelinizovaných neuronech. Kredit: Dr. Jana, Patreon, CC BY 4.0

Pokud se tak stane u buněk dávajících vznik spermiím nebo vajíčkům, nesou si památku na setkání s nákazou i potomci a potomci potomků,.... Protože už ale nejde o předávání celého viru, říká se sekvenci (původem z retroviru) retrotranspozon. Tento krkolomný termín se v populárních textech překládá jako endogenní retrovir, nebo také jako „skákající gen“. Pojmenování skákající geny má něco do sebe. Za situace, kdy se nic závažného neděje, zůstávají retrotraspozony v klidu. Jakmile ale je organismus vystaven nějakému stresoru (jedno zda jde o chlad, horko, přítomnost jedovaté látky,…) začnou se dít divy.

Tanay Ghosh, první autor studie a vedoucí výzkumného kolektivu. Kredit: University of Cambridge.

Retrotraspozony se utrhnou z řetězu a přesouvají se, zdvojují se a objevují se i tam, kde předtím nebyly. Jejich skákání po genomu není jen jejich výmysl. Samy organismy jejich rejům (aktivaci) napomáhají. Je to z jejich strany tak trochu hra vabank. Je snahou zvyšovat šance, že náhodnou kombinací vznikne u nositele mutace poskytující výhodu a adaptaci na zhoršené podmínky prostředí. Zjednodušeně řečeno, když jsme zdraví a bohatí, tak si transpozony držíme na uzdě. Jakmile začneme strádat, uzdu popustíme. Výsledkem jsou v naprosté většině změny k horšímu. Tu a tam se ale přeci jen podaří náhodě husarský kousek - některému z potomků svým výkonným promotorem retrotraspozon podpoří vhodný gen, a tím svému nositeli poskytne v konkurenčním boji o přežití, výhodu.

Paryby myelinizované neurony mají. Kredit: Prehistoricplanes, CC BY-SA 4.0

Jen kvůli představě, o jak mocnou a historicky osvědčenou strategii se jedná, tak vězte, že retrotraspozony v naší (lidské) DNA tvoří okolo 45 %. Jinak řečeno, jsou zhruba polovinou toho, čemu se říká nekódující DNA, a co jsme ještě nedávno považovali za bezvýznamný odpad.

Co je myelin?

Ve škole se učí, že to je obal, který obklopuje výběžky nervové buňky zvané axony. Jde o obalovou hmotu tvořenou lipoproteinem, který je produktem buněk zvaných oligodendrocyty. Obaly jsou známé také pod pojmem myelinové pochvy a jsou jednou ze základních složek hmoty mozku a míchy. Protože mají bílou barvu, jeví se nám mozek s míchou rovněž jako bílé (odtud pojem bílá hmota mozku). Správné obalení neuronů myelinem je pro řádné fungování nervů podstatnou záležitostí. Ne, že by to bez těchto obalů nešlo, ale rozdíl v rychlosti vedení vzruchů mezi nemyelinizovanými a myelinizovanými vlákny, je až dva řády. Pochopitelně, že ve prospěch těch obalených myelinem.

Kruhoústí myelinizované neurony nemají. Kredit: Tiit Hunt, CC BY-SA 3.0

Co na myelinizaci říkají anatomové a fyziologové?

Podle nich jde o vylepšení, které umožnilo nervům fungovat nejen rychle, ale i na větších délkách bez potřeby zvětšovat průměr nervů. Šlo o inovaci, která umožnila obdařeným obratlovcům dosahovat větších tělních rozměrů i rychlejších reakcí.

Myelinizovaný axon – obraz z elektronového mikroskopu. Zdroj: Electron Microscopy Facility, Trinity College, Hartford, CT. Kredit: Roadnottaken, Wikipedia, CC BY-SA 3.0.

Myelinizace se objevila v době, kdy se evoluci podařilo dát vznik čelistem. Svědčí o tom přítomnost zmiňovaných genů pro myelinový obal nervů  u nejstaršího žijícího obratlovce – paryby, ale nikoli u kruhoústých (bezčelistnatců).

Závěr

Až nyní se dostáváme k trošce, kterou do mlýna přispěla sorta genetiků říkajících si molekulární. Podle nich za myelinem vylepšené nervy vděčíme pradávné retrovirové infekci. A že k tomu došlo u některého z předků obratlovců, jemuž se náhoda postarala o to, že se od retrovirů odvozené prvky v jeho genomu dostaly do klíčové pozice, kde spustily masivní produkci svého virového proteinu. Proteinu, kterému dnes říkáme Mbp, a který je rovněž základním stavebním kamenem myelinové pochvy neuronů. Nový poznatek lze interpretovat i tak, že za rychlost, jakou nám to dnes myslí, vděčíme ve skutečnosti virům a náhodě.

Literatura

Tanay Ghosh et al.: A retroviral origin of vertebrate myelin, bioRxiv (2022).

DOI: 10.1101/2022.01.24.477350