Zvětšit obrázek

Studium exprese regulačních genů je esteticky přítulné.

Už dávno víme, že všichni živí tvoři na molekulární úrovni fungují víceméně stejně. Pěkně to odkazuje na jejich společný původ v dávné evoluční minulosti. Dobře je to vidět na kupříkladu raném embryonálním vývoji živočichů. Pro naši duševní kondici je občas naléhavě zdravé si uvědomit, že přes všelijaké esoterické prožitky tajuplných vesmírných říší a entit jsme udělaní stejným způsobem kupříkladu jako mouchy, se kterými sdílíme hodně dávnou evoluční minulost.

Ve skutečnosti je to solidně bizarní. Porovnání klíčových regulačních genů ovládajících raný embryonální vývoj přesvědčivě ukazuje, že jako obratlovci jsme vlastně mouchy přetočené na záda. U obratlovců plánuje dorzální (hřbetní) stranu embrya gen chordin a ventrální (břišní) stranu zase gen bone morphogenetic protein, bmp. Na dorzální straně se díky chordinu zakládá nervová soustava, zatímco bmp na břišní straně embrya potlačuje zakládání centrálního nervového systému. U octomilek to vypadá úplně stejně, hřbeto-břišní osu embrya určuje sehraná dvojice genů dpp (decapentaplegic) a sog (short gastrulation). Dpp je homolog genu bmp a sog zase nijak překvapivě genu chordin. Legrační je to, že u much dělá dpp, čili vlastně bmp hřbetní stranu embrya a sog, čili obratlovčí chordin stranu břišní. Mouchy mají hlavní nervy na břiše.

Zvětšit obrázek

Embrya kuřete ….

Evoluční cesty hmyzu a obratlovců se rozešly už opravdu hodně dávno, přičemž evoluční cesta k octomilce byla podle všeho komplikovanější než cesta k člověku. Až donedávna se mělo za to, že se brzy po základním rozvržení embrya zmíněnými regulačními geny další vývoj embryí octomilek a obratlovců rozchází a že si obě linie během evoluce vyvinuly svoje vlastní mechanismy, jak si rozplánovat nervovou soustavu a další kroky embryonálního vývoje.
Tým biologů z University of California v San Diegu pod vedením Claudie Mieko Mizutani nyní přichází s převratným zjištěním, že obratlovci a členovci mají vlastně společný mechanismus rozvržení vývoje nervové soustavy. Jinými slovy, společný předek octomilky a kuřete, na nichž se tato studie uskutečnila, musel tento regulační systém vlastnit před více než půlmiliardou let. A jeho potomci ho zdědili.

Zvětšit obrázek

a octomilky si zrovna podobná nejsou, nervovou soustavu si ale každopádně dělají stejně.

Dříve se předpokládalo, že tyto mechanismy u octomilky a kuřete vznikly dvakrát nezávisle na sobě.

Jak se ukázalo, stěžejní roli v dalším vývoji nervové soustavy u kuřat i u octomilek hrají právě geny rodiny bmp. Badatelé museli překonat velké těžkosti plynoucí z toho, že se na regulaci embryonálního vývoje nervové soustavy nepodílejí jednotlivé geny, ale celé týmy genů. U všech obratlovců je kupříkladu vůdčím genem rozvržení nervové tkáně proslulý gen hedgehog, u hmyzu je to zase gen dorsal. Právě vzhledem k dominantní roli dorsalu v tomhle procesu není zrovna snadné zjistit, zda a jak u octomilek v této fázi vývoje embrya fungují geny rodiny bmp. Embrya s vypnutým dorsalem totiž nevytvoří vůbec žádnou nervovou tkáň. Autoři projektu museli lstivě vyčarovat geneticky upravená embrya, která měla ve všech buňkách stejnou koncentraci dorsalu. Teprve pak bylo možné zjistit, zda a jak fungují geny rodiny bmp. Obtížnost takového postupu dokládá i jeho délka – celý projekt trval zhruba 4 roky.

Pak již bylo vcelku snadné podívat se na to, jak to vypadá u kuřat (a tím také u lidí). A kupodivu, je to vážně úplně stejné. Základní rozvržení nervové soustavy dělá u kuřat i octomilek ve spolupráci s dalšími geny gradient příbuzných genů rodiny bmp. Výsledky studie naznačují, že v dávné minulosti u společného předka kuřat a octomilek, zajišťovali kompletní uspořádání hřbeto-břišní osy embrya i následný vývoj nervové soustavy jenom geny rodiny bmp. Dnes klíčové geny jako hedgehog či dorsal původně pocházejí z jiných regulačních systémů. Zapojovaly se postupně s tím, jak se dotyčná zvířata zvětšovala a složitěla.

Pramen: PloS Biology 4(10): e313, Wikipedia.