Po početí se naše embrya jistou dobu volně poflakují, což nám dovolovalo nahlížet jim do soukromí. O jejich útlém věku proto toho víme poměrně hodně. Jakmile spadnou do dělohy, zanoří se do epitelu endometria a s pozorováním je šmytec. V Cambridge vymysleli průhlednou šmírovací fintu, která odtajnila strategii kmenových buněk kterou začínají budovat základy budoucích orgánů.
O blastocystách a epitelu
Někdy se pojem blastocysta plete s blastulou. To o čem tu bude řeč, je blastocysta, což je rané embryonální stadium savců, jakási obdoba blastuly u nižších živočichů. Jejímu vzniku pochopitelně předchází radost ze sexu, oplodnění vajíčka a vznik zygoty. Na tu pak přijde dělení a o několik dnů později začíná klíčové období o kterém víme akorát to, že se útvar blastocysta začne protahovat, tvoří se pohárkovitý útvar, ale protože se to děje po nidaci a matčiny buňky mnohé halí závojem tajemství, je v tom stále dost nejasno. V Cambridge přišli na způsob, jak tuto "černou skříňku" našeho savčího vývoje pootevřít. Výsledky zveřejnil časopis Cell a vydavatelé učebnic biologie si hned začali mohou ruce, protože kapitoly věnované časné ontogenezi se musí zgruntu předělat.
O rovnostářství
V Británii pracující Polce Magdaleně Zernicka-Goetz z instituce s neméně krkolomným názvem: Wellcome Trust/Cancer Research UK Gurdon Institute, přezdívají bořička mýtů. Nejspíš proto, že už před časem popouzela odborníky omezením flexibilnosti embryonálních buněk. Jak už víme, když se zygota rozdělí a z embrya ve stadiu dvou buněk jednu z z nich vydloubneme, nic se nestane. Ze „zbytku“ se rodí kompletní nepoškozený zdravý jedinec. Ostatně, tak také přicházejí na svět jednovaječná dvojčata. Proto se i na universitách učilo, že si všechny buňky v časném savčím embryu jsou rovny. Zernicka-Goetz k tomu přistupuje z marx-leninských pozic a prohlašuje. Zajisté, že jsou si všechny rovny. Některé si jsou ale rovnější! Podle jejích poznatků totiž v embryu se už po čtyřbuněčném stádiu projevuje v buňkách rozdíl. Přišla na to vylepšováním buněk barvičkami. Některé injekcí barvila na červeno, jiné dělala zelené. Stejný make-up, jen méně intenzivní, si pak nesou i dcery takových buněk. Hra barev na vyvíjejícím se embryu vydala svědectví o tom, jak se které dělily a kam své potomstvo naskládaly. Tak zjistila, že zatímco jedna z buněk vyvíjejícího se embrya se začne dělit a dávat vznik podélným strukturám (myšleno v pomyslné „poledníkové rovině vajíčka“), druhá to bere „napříč“. Což vlastně znamená, že buňky ve své polaritě mají dost brzo jasno. A že vlastně nejsou tak úplně stejné, jak se soudilo.
Také další tvrzení z počátků kariéry výzkumnice budilo pohoršení. To když popsala, jak z buněk, které se v embryu tvořily z těch „podélně“ se šikujících, začínají některé svoje pozice záhy vyklízet. Buňky „cestovatelky“ přitom podle ní dávaly základ tomu, z čeho je myší tělíčko. Ty, které se svým dělením o mžik opožďují, je souzeno sedět na místě jako pecky a i jejich dcery se musejí spokojit s kariérním postupem jen v rámci placenty. Samozřejmě, že v tom hrají roli stimuly působků o nichž toho zatím moc nevíme. Nicméně představa, že buňky mají prakticky od samého začátku jasno, které z nich budou dávat vznik novému životu a ze kterých budou jen pomocné placentární čety po nichž zbude nakonec jen něco málo odpadu, provokuje dodnes.
A tu o zvonkohře znáte?
Nutkání Goetzové měnit náš pohled na časné fáze života, je zdá se neutuchající. I její nejnovější počin je zaměřen na početí a jeho následky. Zrekapitulujme si sled událostí poté, co se z vajíčka stává zygota, dvojbuněčné a čtyřbuněčné embryo a následně stadium třetího a čtvrtého dělení. Když je nový život starý 8-16 buněk, spouští první vlnu asymetrického dělení. Krátce na to už je v blastocystě malý shluk buněk, kterým, jak už víme, je jasno, čím chtějí být a později dávají vznik orgánům. Než se tak ale stane, všechny tkáně těla projdou stadiem epiblastu tvořeného pluripotentními buňkami a právě tento přechod, kdy během dvou dnů se z relativně jednoduché mičudy embryo dopracuje ke složitějším strukturám, bylo zatím studováno málo. Jde o dobu vzniku struktury zvané epiblast, tvořeného všeho schopnými (pluripotentními) buňkami, které se protahují do jakéhosi pohárku, poté válečku,... zkrátka vytváří to, co následně zveme epitelem. Zprvu jde o zvon připomínající tvar v němž cvičené oko uvidí i zárodek štěrbiny. Někdo kdysi vymyslel, že se k tomu embryo dopracovává skrze apoptózu. Buňky měly nějak poznat, kde překážejí a z blíže nespecifikovaných důvodů, říkejme jim třeba frustrace, páchat sebevraždu. V duchu Werichova hesla - „To je blbý, to se bude líbit“, se to s tou apoptózou na universitách učí dodnes.
Transparentnost
Z nejnovější práce Goetzové vzniká dojem, že se dala na politiku. Omílá termín transparentnost. Až když se člověk prokouše dál, zjistí, že tím míní jakousi instantní dělohu. S kolegou Ivanem Bedzhovem vytvořili transparentní gel, který má pružnost a celou řadu dalších vlastností imitujících tkáň dělohy. Podobně upřímně zprůhlednili i výživové medium, takže výsledkem je ukojení touhy fotit embrya během jejich implantace.
Filmování ukázalo, že buňky embrya nejsou tak duševně labilní, aby hromadně páchaly sebevraždy. Bylo by to i dost neekonomické. Změnu mičudy na složitější struktury zárodečných listů si embrya zajišťují jednodušeji. Prostřednictvím formace, kterou vědci nazvali rozeta a která v blastocystě předchází vytváření onoho zmíněného, již dříve známého, zvonovitého útvaru. Rozeta je zpočátku jen taková jednoduchá, jako když dítě nakreslí kytičku. Pak se ale do hry zapojí vlákna aktomyozinu a buňky u středu rozety dostanou klínovitý tvar a všechno to začne být těsnější a do sebe lépe zapadat. Růžicovitá struktura pouhým množením buněk v patřičném směru nemá problém dávat tvar, pohárku se štěrbinou, válečku s dutinou,... a v konečném důsledku umožnit vznik struktury komplikovaně kroucených zárodečných listů.
V zemi s Shakespearovskou tradicí bylo jasné, že vyškrtnutí hlavní role sebevraždy (apoptózy) jen tak neprojde. K prosazení změny v hlavách zástupů, potřebovala Goetzová s Bedzhovem pádnější beranidlo, než jakým byl argument: „V průhledné děloze jsme pozorovali“. A tak to zatuplovali genetickou manipulací. Přizvali do pokusu myši s pochroumaným genem p53. Šlo o nešťastnice, kterým nepracuje kaspáza, jak by měla. To je enzym nutný k asistenci v situaci, kdy se buňka dobrovolně rozhodne sejít ze života. Kdyby vznik amnionové dutiny, jak blastocystám velí tradice, byl opravdu dílem apoptózy, potom by embrya z buněk neschopných činů kamikadze, neměla diferencovat. Jenže se diferencovala, se vším, co ke zvonovitému útvaru se zvětšující se dutinou patří. Tak se mýtus obětovávání se některých buněk ve prospěch vyvíjejícího se zárodku, podařilo jednou pro vždy definitivně pohřbít.
Po novu by se mělo už jen psát, že buňky amorfního epiblastu se formují do rozety polarizovaných buněk. Činí tak na pokyn přicházející od bazální membrány, přičemž ten správný šťouchanec jim uštědřuje signální protein (beta1 integrin). Ten se šíří z místa, kterým embryo začíná spolupracovat s dělohou (matkou). Díky formaci zvané rozeta a množením jejích vysoce polarizovaných buněk, se na apikálním konci začne tvořit štěrbina, základ struktury s amnionovou dutinou a zárodečnými listy.
Podraz
Embryo si neráčilo všimnout, že mu místo děložní sliznice podvrhli transparentní gel. I vy se tak můžete podívat na struktury, které zatím nikdo neviděl. Embryo své kmenové buňky sdružuje do růžice – nezbytné podmínky zdárného nastartování vývoje orgánů:
Red Membrane MT/MG Embryo-Forming Egg Cylinder In Vitro, Cultured in the Presence of the Green Cell Death Reporter SYTOX, Related to Figure 1 (MP4 2.97 MB) |
Egg Cylinder Formation In Vitro in the Presence of the Green Cell Death Reporter SYTOX, Related to Figure S1 (MP4 5.29 MB) |
Time-Lapse Recording of In-Vitro-Cultured CAG-GFP Embryo, Forming a Single Lumen from the Center of the Rosette, Related to Figure 2 (MP4 1.12 MB) |
Movie S4. Time-Lapse Recording of CAG-GFP ES Cells Embedded and Cultured in Matrigel, Related to Figure 6 (MP4 768 KB) |
Videa časného embryonálního vývoje savců z dílny Wellcome Trust/Cancer Research UK Gurdon Institute, University of Cambridge, Cell
Dovětek
Na rozdíl od politiků si výzkumníci zaváděním transparentnosti nešplhli. Výhrůžky od těch, kterým průhledná děloha a pletení se do řemesla tomu s patentem na život, na sebe nenechaly dlouho čekat. Doufejme, že to výzkumníci v Cambridge, v ulici Tennis Court Road, kam aktivisté nyní směrují své hrozby, ustojí. Ani zdaleka nejde o zbůhdarmé mrhání penězi daňových poplatníků, jak se to snaží bagatelizovat, ve hře je například i naděje těch, kteří kvůli nějaké prkotině v době okolo jednoho týdne po početí, nemohou mít děti. To, že se daří funkci bazální membrány nahradit syntetickým gelem a že ho už umíme obohatit i o správné proteiny aby se v něm embryonální kmenové buňky cítily dobře, což dokládají ochotou poštět se z obyčejného neforemného shluku do tvorby rozety - zdárného začátku vývoje embrya, je velký krok pro člověka. I když vše zatím probíhalo jen na myších.
Literatura:
Bedzhov,I., Zernicka-Goetz,M.: Self-Organizing Properties of MousePluripotent Cells Initiate Morphogenesis upon Implantation,Wellcome Trust/Cancer Research UK Gurdon Institute, University of Cambridge, Cell
University of Cambridge