Sám o sobě by ubiquitin nesvedl nic. Významnou roli molekulární značky začne plnit až poté, co se začne řetězit a pak naplní pravdivost rčení, že v množství je síla. Konjugace řetězce ubiquitinových molekul k proteinu nebo buněčné organele, se nazývá ubiquitinace. Tento proces uplatňují tělní buňky v případech, když potřebují odstranit cokoliv poškozeného a dále nepotřebného. Právě ubiquitinem označené struktury jsou následně enzymaticky rozebrány v proteasomu.
Ubiquitin neplní funkce jen uvnitř buňky, ve výjimečných případech zajišťuje také extracelulární ubiquitinaci. Představuje pak jakési kainovo znamení pro celou buňku. Platí to obzvlášť pro spermie a jejich extracelulární ubiquitinaci, k níž dochází během jejich zrání v samčích pohlavních orgánech. Extracelulární ubiquitinace spermií je pro ně zcela klíčovým fenoménem, protože určuje jejich šance účastnit se reprodukce.
Jakoby ale ani tohoto ubiquitinového „tlaku“ na spermie nebylo málo, přichází po oplození oocytu ke slovu ubiquitinace namířená už „jen“ proti mitochondriím samčí spermie, kterým se podaří proniknout do oocytů. Díky ubiquitinu jsou všechny zničené. Proto také všechny mitochondrie našeho těla a jejich mitochondriální geny pochází od matky a jsme tedy, z tohoto pohledu i my samčí plémě, pokračovateli samičí linie.
Lehce bychom mohli nabýt dojmu, že ubiquitin je darebák a ničitel spermií. Na jeho obhajobu dlužno dodat, že je právě spolehlivým ukazatelem poškození spermií. A to i spermií již ejakulovaných, kdy si mnohé svou ubiquitinovou značku nesou z nadvarlete. Po morfologické stránce se často jeví být v pořádku a některé jsou dokonce schopny oplodnit. Zdání ale klame, protože jejich handicap se může projevit až poruchami embryonálního vývoje. Množství ubiquitinovaných spermií tak tedy vyjadřuje kvalitu ejakulátu měřenou úspěšností koncepce u lidí i zvířat. Eliminace takto označených poškozených spermií z ejakulátů nebo inseminačních dávek by mohlo být velkým přínosem. Zejména mezi chovateli hospodářských zvířat, kdy každá nevyužitá říje stojí farmáře spoustu peněz. Ten tratí hned dvakrát – má o tele méně a kráva, která neporodí, také nedojí. Šance využít těchto poznatků se nabízejí i v souvislosti s klesající plodností nás mužů, tedy v oblasti humánní medicíny.
Jedním ze způsobů, jak ubiquitaci využít, spočívá v přípravě protilátek schopných se na extracelulární ubiquitin navázat. Molekulu protilátky, již lze vyrobit synteticky, lze také vylepšit o fluoreskující látku. Takto zářící protilátky zviditelní ubiquitinem označené spermie, které lze ve fluorescenčním mikroskopu jasně poznat. Podle intenzity signálu lze určovat i množství a lokalizaci ubiquitinu na jednotlivých spermiích a tím odhadovat jejich „vitalitu“.
Ještě zajímavější pro praxi se jeví místo barvičky navázat na protilátky kovové nanočástice. Takové spojení pak dovolí z ejakulátu, nebo inseminační dávky špatné spermie vychytat pomocí magnetua vylepšit tak výslednou kvalitu ejakulátu. Tím, že magnetickým sítem prochází jen nepoškozené spermie schopné nejen oplodňovat oocyt, ale zajistit dotažení vývoje zárodku do zdárného konce, můžeme tak zužitkovat větší počet oocytů, které máme k dispozici a konec konců i zlepšit šance při uplatňování metody in vitro oplození.
Vylepšování kvality ejakulátu hospodářských zvířat „magnetem“ je již tesováno v polních pokusech a pokud se efekt potvrdí v praxi lepším zabřezáváním skotu, dostanou farmáři do ruky další nástroj, kterým si budou moci vylepšit ekonomiku svých chovů. Na aplikace se ale mohou těšit také humánní lékaři a centra asistované reprodukce.
Literatura:
Zimmerman SW, Yi YJ, Šutovský M, van Leeuwen FW, Conant G, Šutovský P (2014): Identification and characterization of RING-finger ubiquitin ligase UBR7 in mammalian spermatozoa. Cell and Tissue Research 356: 261-278.
Šutovský P, Kennedy CE (2011): Biomarker-based nanotechnology for the improvement of reproductive performance in beef and dairy cattle. Industrial Biotechnology 9: 24-30.
Šutovský P, Moreno RD, Ramalho-Santos J, Dominko T, Simerly C, Schatten G (1999): Ubiquitin tag for sperm mitochondria. Nature 402: 371.