Zvětšit obrázek

Myšky vlevo, nahoře i dole mají vypnutý gen Hoxb1. Myška dole má ale zároveň klíčový prvek genu Hoxb1 přenesený do genu Hoxa1. Je u ní vlastně obnoven starobylý gen Hox1, proto dokáže normálně reagovat na fouknutí (vpravo dole), narozdíl od své kolegyně bez prvku genu Hoxb1 (vpravo nahoře).

Evoluce po sobě zanechává spoustu stop. S jejich pomocí můžeme dnes sledovat cestičky, kterými se ubírala. Mnohdy až do překvapivých detailů. Dnes už máme celou řadu metod, jak se podívat se tak Matičce Přírodě do kuchyně a nahlédnout do hlubin dávné minulosti.
Nejnovější studie dávnověké molekulární evoluce přichází z University of Utah. Utažští badatelé provedli rekonstrukci prastarého regulačního genu. Jde o gen, jehož potomky najdeme u všech mladších obratlovců, nás lidi nevyjímaje. Prvním autorem je k naší radosti český rodák Petr Tvrdík z Ledče nad Sázavou. Tvrdík nyní pracuje jako postdok v laboratoři světově proslulého molekulárního genetika Maria Capecchiho. Jeho příjmení dělá Američanům očividně problémy, protože na stránkách Capecchiho laboratoře mají roztomilý návod k výslovnosti: „pronounced Peter Tuh-ver-dik“ a to jako u jediného, přestože tam sedí spousta Asiatů, Rusů, Holanďanů i jiných národů.

Ledečský lovec Hox genů, Petr Tvrdík

Ve zmíněné práci se Tvrdík s Capecchim zaměřili na regulační Hox geny, které ovládají embryonální vývoj zadního mozku.

Zvětšit obrázek

Hox geny octomilky a myši. Společný předek se nezapře, i když myšky mají čtyři sady Hox genů a mušky jen jednu. Povšimněte si, jak u myši (i lidí) Hoxc1 schází.

Hox geny má leckdo a regulují leccos. Světovou proslulost si získaly, když se ukázalo, že regulují vývoj základního tělního plánu zvířecích embryí. Kdysi dávno, na úsvitu své evoluce, měli obratlovci 13 Hox genů. Pak, v době před odštěpením ryb, proběhlo v jejich genomu něco zvláštního, nejspíš několikrát po sobě. Množství Hox genů utěšeně rostlo, až se nakonec jejich počet, díky opakovaným duplikacím, zečtyřnásobil na výsledných 52 Hox genů. To byl hlavní spouštěč další bohaté  a spletité evoluce úspěšné linie obratlovců.
Některé z těchto genů ale zase evoluce spláchla do zapomnění. Například dnešní obratlovci mají Hox genů celkem 39. Není na tom nic divného. Když se nějaké geny zdvojí, můžou nově vzniklé, nadbytečné geny, buď začít dělat něco nového, nebo naopak v tichosti zmizet. A to právě díky té své nadbytečnosti. Přesto je ale dobře patrné, že dnešní Hox geny savců jsou potomky malého počtu svých dávných předků.

Zvětšit obrázek

University of Utah v lůně bizarního mormonského království.

Tvrdík s Capecchim si pohráli se dvěma moderními myšími Hox geny, které si jsou blízce příbuzné - přímo pocházejí ze společného Hox předka. První z nich, Hoxa1, kontroluje základní vývoj mozkového kmene embrya a jeho rozčlenění na 7 oddílů, zvaných rhombomery. Pokud Hoxa1 vypnete, tak dotyčná myška umře brzy po porodu. Bude mít zdeformovaný mozkový kmen, včetně oblastí zabývajících se dýcháním. U arizonských Apačů a Navahů a některých rodin v Turecku a Saudské Arábii bylo objeveno kolem dvou desítek lidí se stejným defektem. Mají taky zdeformovaný mozkový kmen, díky čemuž prožívají problémy s dýcháním, sluchem, udržením rovnováhy a kontrolou pohybů očí. Druhý z rodiny Hox1, Hoxb1, reguluje tvorbu nervových buněk ve čtvrté rhombomeře. Konkrétně jde o nervy ovládající mimiku tváře. Myšky s vypnutým genem Hoxb1 postihuje paralýza obličeje, přičemž nemůžou ani mrkat, ani čenichat fousky, ani hýbat ouškama.

Zvětšit obrázek

Homeodoména produktu hmyzího Hox genu Antennapedia připojená na své regulační místo v DNA.

Autoři studie zkombinovali stěžejní části genů Hoxa1 a Hoxb1 a podařilo se jim vytvořit částečnou podobu dávného předka obou genů, čili genu Hox1. Ukázalo se, že evoluce měnila spíše regulační sekvence obou genů, nikoliv přímo jejich kódující oblasti. Právě díky tomu byli Tvrdík s Capecchim úspěšní. Podařilo se jim tak vrátit evoluci o stovky miliónů let zpátky, do doby před duplikacemi pradávného genu Hox1, který tehdy dělal práci genů Hoxa1 i Hoxb1.

Rekonstrukce genu Hox1 není naprosto věrná. Jak autoři podotýkají, původní gen Hox1 se v dnešních obratlovcích rozduplikoval na celkem čtyři potomky. Kromě zmíněných Hoxa1 a Hoxb1 ještě na Hoxc1 a Hoxd1. Nicméně, Hoxc1 se během času z genomu savců tiše vypařil a ten čtvrtý, Hoxd1, dnes plní jen skrovnou funkci. Proto můžeme souhlasit s autory studie, že jimi rekonstruovaný gen je věrnou kopii dávného Hox1.

Studie má dle autorů i praktický výstup v oblasti vývoje nových metodik genových terapií. Dozvídáme se, jak vznikají a fungují regulační geny. A protože jde o geny, které mají zásadní vliv na vývoj embryí, souvisí jejich funkce s řadou vážných genetických poruch. Je pravděpodobné, že někdy v blízké budoucnosti budeme lišácky využívat spřízněné duplikáty poškozených genů, které mohou být v některých případech roztroušené po genomu. Capecchi v této souvislosti uvádí jako příklad beta-thalasemii. Při této poruše je poškozen gen pro beta hemoglobin. V představě je využití pokrevně spřízněných genů, například gen pro embryonální beta hemoglobin tak, že by se regulační sekvence poškozeného genu spojila s genem pro embryonální hemoglobin. Gen, který normálně funguje jen v lidském embryu, by v takovém případě zůstal funkční až do dospělosti a beta-thalasemie by byla ta tam.

Pramen: Developmental Cell 11(2): 239-250.