V nejnovějším čisle časopisu Science je obšírné pojednání o krátké molekule RNA. Moc rozruchu nezpůsobilo z celé řady důvodů. Název avizuje, že jde o něco co „nic nekóduje“. I když ve výčtu řešitelských institucí jsou americká Yale University, University of Texas a  britský The Babraham Institute, při letmém pohledu na autory nás nejspíš napadne reklamní slogan o tom, že všechno je vpořádku, jen ten hospodskej je nějakej divnej. Posuďte sami: Toshiaki Watanabe, Shin-ichi Tomizawa, Kohzoh Mitsuya, Yasushi Totoki, Yasuhiro Yamamoto, Satomi Kuramochi-Miyagawa,... Více než dvacet jmen, přičemž nám to nejbližší asi je: Naoko Iida. I u něj asi zůstaneme na rozpacích co z toho je příjmení a o pohlaví osoby ani nemluvě. Pod přímo odstrašujícím názvem článku: „piRNA v de novo DNA methylaci imprintovaného Rasgrf1l lokusu“ se skrývá něco s čím stojí zato se seznámit. Ne, že bychom po přečtení byli moudřejší, spíše opak je pravdou. Nejsem ale sám co si myslíme, že je to v poslední době na poli uspávání a probouzení genů to nejlepší. Pokud chceme partě šikmookých genetiků trochu více nahlédnout do kuchyně, kde se to hemží mikromolekulami peptidů a nukleových kyselin o jejichž funkcích a podstatě toho víme jen hodně málo, nevystačíme již s terminy z doby Gregora Mendela a Jamese Watsona a bude dobré si pár věcí vysvětlit. Třeba proto, že se s nimi budeme brzo setkávat i u doktora. Souvisejí s chováním našich genů a záleží na nich naše zdraví i naše budoucí vylepšování.
       

Minislovníček

piRNA
Nenechte se zmýlit, ve vědecké hantýrce, ale i na veřejných přednáškách jim nikdo neřekne jinak, než „pirny“. Jde o skupinu krátkých RNA molekul vyskytujících se v buňkách, které se vážou na piwi proteiny a vytvářejí větší shluky, kterým se říká komplexy RNA-protein. Byly považovány za odpad, ale ukazuje se, že zasahují do mnoha dějů. Tlumí například činnost genů nutných pro zdárný vývoj samčích pohlavních buněk. Zabraňují zmatkům v genomu a nedovolí, aby v něm vládu převzaly  parazitární elementy retrotraspozony. 

Retrotraspozon
Zhruba polovina vědátorů retrotraspozony nemá ráda a říká jim parazitární sekvence. Jiní v nich vidí prospěšné endogenní mutátory zajišťující chod evoluce. Naštěstí se oba tábory shodují alespoň v tom, že když je něčeho moc, tak to většinou škodí. A právě o to tady jde. „Skákající geny“, jak se traspozonům někdy říká, si nesmí organismus nechat přerůst přes hlavu. Na uzdě tyto elementy, které nerozeznáte od virů, drží právě molekuly piRNA. Inaktivují je pomocí interference.

Zvětšit obrázek

Kohzoh Mitsuya ve své kuchyni na University of Texas v San Antoniu: „Proč jsou některé geny uspávány a jiné zatím nevíme“. Kredit: UT Health Science Center San Antonio)

Interference
Zatím není zcela jasné, jak piRNA (malé molekuly ribonukleové kyseliny) vznikají, ale ví se o nich, že dbají na naší integritu a že své povinnosti vykonávají prostřednictvím interference. Jde o podobnou záležitost, jakou známe z akustiky. Tam když se potkají dvě stejné vlny s opačnou polaritou, vyruší se. Podobně lze zrušit funkčnost molekul RNA, když na ně pustíme komplementární úseky RNA. V praxi to v buňce pak vypadá následovně. Je-li gen zapsaný v DNA funkční, vytváří příslušnou RNA, podle které ribozomy v cytoplazmě, tak jako dělníci v továrně, sestavují protein. Někdy to ale neplatí a i když je gen v DNA funkční a posílá k ribozomům nespočet správných konstrukčních plánů s návodem co mají dělat, k aktivitě je to nepřinutí. Jednoduše proto, že cestou ty plány někdo počmárá, zmuchlá a potom ty chuděry si s nimi již neporadí. Podle toho, jak moc plánů se cestou k ribozomům skartuje, o tolik se přidusí (uspí) příslušný gen. Tento mechanismus je znám již delší dobu. Dolaďujeme si tak činnost celé řady orgánů. Nyní se ukázalo, že kromě jiných krátkých molekul RNA, jsou takovými sabotéry i titěrné kousky piRNA. I ony se umějí připnout na cílovou RNA a učinit ji k nepotřebě. Omyl by byl ale pokládat to za něco, co je nám ku škodě. Jak se ukázalo právě piRNA asistuje při likvidaci zlých skákajících genů, jenž si svou agresivitou nezadají s infekčními retroviry. Nejvíce starostí s umlčováním a probouzením genů ale mají molekuly piRNA v době vzniku embrya. V popisu práce tohoto RNA smětí není jen dusit virům podobné partikule, ale i další věci, na něž teprve řeč přijde.

Imprintig
Uspávání a probouzení genů naše organismy využívají rády. Dovoluje jim to dělat život pestrý a mnohotvarý. Jde často jen o jemné dolaďování genů, aby takzvaně nejely stále na „plný plyn“. Někdy je třeba geny uspat tak dokonale, jakoby vůbec nebyly. To se týká případů, kdy by se hádal gen od maminky s tím od tatínka a vznikajícímu človíčkovi by každý z nich tvrdil něco jiného. Proto se vyvinul systém imprintingu neboli vtištění. Imprintované geny si pamatují svůj původ a podle toho se chovají. Upravené geny potom ví od kterého z rodičů “přišly” a zda mají být u vznikající osůbky v činnosti, nebo ne. Kontroluje to proces metylace. V genomu tedy máme různě metylovaná místa. Ta se ustanovují již v zárodečných buňkách (spermiích a vajíčkách). Jde v podstatě o to, že na jedné informaci, která je dána sekvencí bází v DNA, je pomocí metylových skupin zapsána další vrstva informace.  I tu si geny udržují do svých pozdějších stádií, kdy již ze sperie není spermie a vajíčka vajíčkem a kdy již jsou v embryu buňkami, kterým se říká somatické.

Metylace de novo
Druhá vrstva informací zaznamenaná do genomu procesem metylace ale nemůže být něčím trvalým. Jednoduše proto, že se v dalších generacích geny původně od tatínka mohou náhodným procesem dostávat do pozice genů, které vnoučata získávají od maminky. Aby k takovému chaosu nedošlo, epigenetické nastavení genů (jiný výraz pro metylaci) se v každé nové generaci v době kdy vznikají pohlavní buňky, přenastavuje. U tvořících se varlat a vaječníků jsou buňky zbavovány metylových skupin (demetylovány) a začínají vždy s “čistým stolem”. K tomuto „velkému úklidu“ dochází v období asi mezi desátým a dvanáctým dnem života zárodku. Hned poté, během několika dnů dochází k nové metylaci. Později již buňky budoucí varletní tkáně mají jasno. Ví, že jsou od samce a své uvědomění si ponechají i v době, kdy již nebudou spermiemi ale novým organismem. De novo metylace je tedy generální reset, kterým se u nově vznikajícího života upravuje, co se bude prosazovat a jak silně. 

Zvětšit obrázek

Na chromozomu jsou místa, která jsou více metylována a také ta, která jsou těmito „uspávajícími“ značkami, které dovedou geny uspat, obdařeny méně. Najdeme tam ale i takové lokality, ježjichž míra metylace závisí na tom, zda jde o geny ze spermie nebo vajíčka. (Kredit: Watanabe, NIG)

Omyl
Nejdůležitější z nových poznatků se týká právě tohoto generálního úklidu a následného nastavování funkčnosti genu pomocí vazby metylových skupin (de novo metylace). Tato druhá vrstva zápisu na DNA se neobejde bez asistence piRNA - krátkých úseků ribonukleové kyseliny, o nichž se soudilo, že jsou v buňce jen jakýmsi smetím. Pokládali jsme je za rozpadlé nesmyslné kousky dlouhých smysluplných molekul, přenášejících informace z DNA. Není tomu tak a tato nekódující RNA (což autoři avizovali v názvu článku a co mnohé od dalšího čtení odradilo), je ve skutečnosti vysoce funkčním mechanismem. Titěrný „RNA prach“ spolu s proteiny (PIWI proteiny) vytváří  komplexy, jež pak brání, aby se v genomu  nešířily elementy podobné virům – retrotraspozony.

Co o nich víme?
Že to jsou molekuly tvořené jen dvěma až třemi desítkami nukleotidů. Ke své činnosti potřebují asistenci proteinů. Že rozhodují o tom, jak se některé geny budou chovat, až přijde jejich čas a že to zařizují navazováním metylových skupin na místa, kde se geny v DNA vyskytují. Jak poznají lokality, které si jejich pozornost zaslouží a která ne, je zatím záhadou. I když samotné molekuly piRNA jsou tak krátké, že žádné geny nepředstavují, pro skutečné geny ve spermiích jsou doslova požehnáním. Naučí je v době mezi 12. – 18. dnem po početí něco, k čemuž se mnozí nedopracují ani za celý svůj život. Že totiž hádat se o nepodstatné věci s geny maminčinými, je zbytečné.

Pramen:

Science 13 May 2011: Vol. 332 no. 6031 pp. 848-852  DOI: 10.1126/science.1203919