Ovulované vajíčko očekávající oplození spermií. Vajíčko je obklopené folikulárními buňkami cumulus oophorus (také kumulární buňky). Modře: jádra buněk, zeleně, mitochondrie. Ve vajíčku napočítáme asi tolik mitochondrií, co ve všech folikulárních buňkách. Kvalitativně je však tato populace zcela odlišná – mitochondrie vajíčka jsou spíše kulovitého tvaru a produkce ATP oxidativní fosforylací je na minimu.

Dobře víme, že vajíčka savců jsou i po ovulaci stále obklopeny folikulárními buňkami. Vajíčku pomáhají v růstu, následně při zrání, ovulaci a oplození spermií. Práce publikovaná v časopise Scientific Reports dokazuje, že o folikulárních buňkách ještě nevíme vše. Přináší totiž poznání, jak tyto folikulární posluhovačky vajíčku prospívají svými mitochondriemi. Ojedinělý případ, kdy je organela jedné buňky užitečná buňce jiné.

Ať už bychom na otázku v titulku (tak obejdeme nebo neobejdeme?) odpověděli jednoznačně kladně či záporně, stačilo by už jen vysvětlit proč a bylo by to hotové. Ono to tak jednoduché ale není, protože v jistých ohledech (a v biologii zvlášť) platí poněkud alibisticky „ano i ne“. Tradiční teorie ‚o nezbytnosti mitochondrií pro vajíčka‘ je nekonfliktní a vzbuzuje uznalé mručení a kývání hlavou. Jistě - vždyť mitochondrie produkují energii v podobě ATP a zkuste jí přiškrtit! Vždyť bez energie se zhroutí vše, co je pro vývoj vajíčka a oplození důležité – domino transkripce a proteosyntézy, růstu oocytů, segregace chromozómů a redukčního dělení, aktivace vajíčka po oplození, tvorba prvojader a první embryonální dělení. K tomu všemu je přeci zapotřebí ATP, o tom není pochyb.

vajíčko krátce po oplození spermií. Jednobuněčné embryo zvané zygota (modře: prvojádra, oranžově: β-aktin) obsahuje tisíce mateřských mitochondrií (zeleně) a jen několik desítek mitochondrií otcovských (červeně). Otcovské mitochondrie přichází se spermií a tento obrázek je důkazem, že spermie proniká do vajíčka celá, tj. i s bičíkem. Mitochondrie spermie jsou pravým opakem těch z vajíčka: oxidativní fosforylace zde běží na plné obrátky (energie pohání bičík spermie) a tak není divu, že otcovské mitochondrie jsou vyčerpané a naplněné reaktivními formami kyslíku. Takové mitochondrie jsou nežádoucí a vajíčko se jich rychle zbaví - nakonec vše dobře dopadne a my všechny mitochondrie zdědíme po matce.

Odvážnější teorie o ‚postradatelnosti mitochondrií‘ pro vajíčko a časné embryo šlape té tradiční teorii na paty, ale velmi opatrně. Důkazy o postradatelnosti přibývají pomalu a nejednoznačně. A tak jsme překvapeni, když vidíme, že lidská vajíčka s nízkým počtem mitochondrií jsou schopna oplození a vývoje. Jsme šokováni paradoxem, že s vyšším počtem mitochondrií klesá vývojový potenciál vajíčka! Nakonec jsme zase uklidněni logikou mitochondriálního minima, tedy nejmenšího možného množství mitochondrií slučitelného s životaschopným a oplození schopným vajíčkem (vše dobře dopadlo = mitochondrie potřebujeme). Toto mitochondriální minimum ale tvoří asi desetinu běžného počtu mitochondrií ve zdravém vajíčku, tj. přibližně 150 tisíc mitochondrií.

Jak je tedy možné, že se vajíčko obejde bez 90 % mitochondrií?

Nabízí se dvě možnosti, jak vysvětlit zbytnost-nezbytnost mitochondrií ve vajíčku: buď lze nedostatek mitochondrií kompenzovat anebo je fyziologické množství mitochondrií předimenzované. Světlo do této třinácté komnaty vývojové biologie přináší studie kanadských kolegů. Práce totiž přesvědčivě popisuje morfologické a funkční změny mitochondrií folikulárních buněk; těch buněk, které bezprostředně obklopují, chrání a podporují vajíčko už v ovariálním folikulu, ale také během oplození a dokonce i během prvních dní embryonálního vývoje v dutině vejcovodu. Vychází najevo, že folikulární buňky jsou vydatným zdrojem energie pro vajíčko, které se nemusí spoléhat jen na své mitochondrie. To by vysvětlilo, proč je i vajíčko s minimálním počtem mitochondrií schopné oplození a dalšího embryonálního vývoje.

Pracoviště a kontakt na autora.

Nejen to! Najednou nám do energetické rovnice komplexu vajíčka a folikulárních buněk zapadají nedávné poznatky o snížené aktivitě mitochondrií ve vajíčku. Najednou dává smysl, když mitochondrie ve vajíčku nerespirují, protože neprodukují reaktivní formy kyslíku, tolik nežádoucí pro buňku a zejména pro genetickou informaci kódovanou v DNA. Dlužno zmínit, že mitochondrie nesou také důležitou informaci, sice v malé molekule mitochondriální DNA (cca 16 tis. bazí), a protože je celá populace mitochondrií početnější než v somatických buňkách (připomeňme 150 tis. v každém vajíčku), jedná se o velkorysé dědictví pro další generaci (2,5 mld. bazí, to je vlastně srovnatelné množství s haploidním genomem vajíčka). Abychom nepodceňovali energii jako takovou – oxidativní fosforylace v mitochondriích určitě nejsou jediným zdrojem energie a např. glykolýza je běžnou alternativou právě ve vajíčku.

Sečteno: energie je ve vajíčku důležitá, ale na mitochondrie se vajíčko spoléhat nemusí, ba nemělo by! Od toho jsou tu folikulární buňky, ty věrné souputnice vývoje vajíčka a jeho oplozením. Bez mitochondrií se však ani takový hrdina jako je vajíčko neobejde – je však nutno hledět na materiál v mitochondriích obsažený, mitochondriální DNA. Ovšem i bez ní jsou mitochondrie aktivní a nedřímou, jak bychom si mohli myslet. Jeden příklad za všechny: mitochondrie jsou důležitým depozitem vápníku, který aktivuje embryonální vývoj po oplození. A možná že kritický počet mitochondrií ve vajíčku je definován právě tím minimálním množstvím vápníku v nich obsažených a bez kterého bychom nikdy nepřekročili ten elementární práh embryonálního vývoje.

Zdroj: https://www.nature.com/articles/s41598-023-50586-3

K dalšímu čtení:

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04979-5

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2888963/

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/mrd.23640