Sulfan je po dlouhá léta známý jako silný neurotoxin. Dlouho bylo za jeho jedinou výhodu považováno pouze to, že jeho silný zápach nás může před hrozícím nebezpečím varovat na velkou vzdálenost. Navzdory těmto „jedovatým“ vlastnostem dokáže sulfan působit v buňkách jako tzv. signální molekula. Nutno podotknout, že jeho fyziologické koncentrace jsou výrazně nižší a možná i proto bylo tajemství sulfanu poodkryto až nedávno.
Vědci z Katedry veterinárních disciplín České zemědělské univerzity v Praze ve spolupráci s francouzskými kolegy z Université Lille1, Sciences et Technologies se rozhodli jít po stopách účinku sulfanu v samičích pohlavních buňkách – vajíčkách, oocytech. Oocyty předurčené k oplození a vývoji v nového jedince ovšem musí krátce před ovulací prodělat nezbytné změny označované jako meiotické zrání. Nezralé oocyty hospodářských zvířat lze získávat a meiotické zrání vyvolat také v podmínkách in vitro. Tyto podmínky simulují podmínky optimální, tedy prostředí vaječníku samice. Simulace je ovšem za současného stavu poznání stále nedokonalá a je limitujícím faktorem úspěšnosti zrání savčích oocytů. A přitom se získáváním úplně a správně dozrálých oocytů stojí a padá úspěch reprodukčních biotechnologií, jako je např. oplození in vitro - dnes tolik využívané techniky nejen v oblasti reprodukce hospodářských zvířat, ale zejména v asistované reprodukci člověka. Význam meiotického zrání pro úspěšnost biotechnologií spočívá také ve skutečnosti, že právě během meiotického zrání dochází k získávání vývojové kompetence oocytu, tedy jeho schopnosti embryonálního vývoje po oplození a aktivaci oocytu spermií.
Sulfan je další objevenou a dosud ne příliš prostudovanou molekulou ze skupiny tzv. gasotransmiterů. Tato skupina plynných molekul se schopností přenosu buněčného signálu není dosud příliš početná; vedle sulfanu zde se zde setkáme ještě s oxidem dusnatým a oxidem uhelnatým. Také pro další dva gasotransmitery je příznačné, že jejich vysoké koncentrace jsou toxické a zpravidla právě jejich neblahé účinky daly o existenci těchto plynů vědět poměrně záhy. O to větší bylo překvapení, že tyto plyny jsou enzymaticky uvolňovány přímo v buňkách! Gasotransmitery jsou totiž v mnohonásobně nižších koncentracích schopné přenášet buněčný signál a pro metabolismus buněk jsou dokonce nezbytné.
Gasotransmitery mohou působit na svůj cíl, kterým je nejčastěji nejčastěji enzym, prakticky kdekoliv v buňce. Konkrétně sulfan je schopen měnit cílové proteiny procesem nazývaným sulfhydratace. Nikdo dosud neidentifikoval všechny enzymy, které mohou být v buňkách savců sulfhydratovány. Bylo by tedy velkou náhodou, kdyby se tak důležitá molekula jakou je sulfan, neúčastnila tak klíčových procesů jako je zrání pohlavních buněk. A co když je právě sulfan dosud chybějící komponentou kultivačních médií, která dosud ne zcela dokonale imitují podmínky in vivo?
Jak ale studovat sulfan a jeho účinek na zrající oocyt? Naštěstí existují tzv. exogenní donory, tedy chemicky velmi přesně definované látky, které ve vodném prostředí kultivačního média uvolňují příslušný gasotransmiter. Takto uvolněný gasotransmiter následně samovolně difunduje přes cytoplazmatickou membránu přímo do buňky. Exogenním donorem sulfanu je poměrně dostupný a chemicky jednoduchý sulfid sodný. A právě ten byl ve velmi nízkých koncentracích použit během zrání prasečích oocytů v naději, že by mohl vykompenzovat jeho nedostatečnou produkci v in vitro podmínkách.
Díky přesným metodám studia zrání oocytů, které mají vědci v ruce, bylo poodhaleno tajemství sulfanu ve zrajícím oocytu. Exogenní sulfan, který pronikl do oocytu hned na počátku kultivace oocytů, dokázal meiotické zrání urychlit hned o několik hodin! Této akceleraci předcházela předčasná aktivace klíčových faktorů, které řídí segregaci chromozómů během meiotického dělení. Z toho je zřejmé, že sulfan je zapojen do signálních drah těchto enzymů a že také v savčích oocytech funguje sulfan jako signální molekula. Velmi pravděpodobná je v oocytu právě sulfhydratace; studium na molekulární úrovni je však stále náročné a tak si na objevy konkrétních substrátů sulfanu patrně ještě počkáme.
Je ovšem urychlené zrání lepší zrání? Nebylo by naopak lepší nikam nespěchat a chromozómy rozdělit v klidu a bez spěchu? Ideálním ukazatelem kvality zrání je již zmiňovaná vývojová kompetence. Podle úrovně embryonálního vývoje po tzv. aktivaci oocytů - momentu, ve kterém je embryonální vývoj odstartován - lze usuzovat právě na kvalitu zrání oocytů. Z experimentů využívajících právě aktivované oocyty probuzené k embryonálnímu vývoji je zřejmé, že sulfanem urychlené zrání poskytuje oocyty se zvýšenou schopností aktivace. Skutečnou kvalitu embryonálního vývoje však předurčuje dosažení pokročilého stádia embryonálního vývoje - tzv. blastocysty. Těch dosahujeme po dlouhých 7 dnech kultivace v in vitro podmínkách, kdy musí aktivované oocyty vydržet v provizoriu in vitro kultury a ještě se vyvíjet ve vyšší embryonální stádia. Není divu, že tato „zkouška ohněm“ dostatečně prověří příznivé nebo nepříznivé účinky sulfanu na dozrálé a následně aktivované oocyty. Tato neúprosná zkouška prokázala, že sulfan během meiotického zrání nikterak nezhoršuje vývojovou schopnost aktivovaných oocytů a dosažení stádia blastocysty. Co víc! Sulfan dokáže vylepšit úspěšnost aktivace a k embryonálnímu vývoji nastartovat více oocytů.
Studium sulfanu během zrání oocytů nastolilo odvážnou otázku, zda právě dosud poněkud přehlížené gasotransmitery nejsou slabinou in vitro kultivačních systémů. Pokud by přídavek sulfanu ve správný okamžik dokázal zvýšit úspěšnost časného embryonálního vývoje, mohl by původně nechvalně proslavený plyn vylepšit i kultivační protokoly používané v biotechnologiích hospodářských zvířat nebo v asistované reprodukci člověka. Zdá se, že od sulfanu lze očekávat už jen příjemná a méně páchnoucí překvapení.
Foto: Marek Janáč, vesmir.cz
Poznámka redakce: Výzkumníkům z ČZU Praha právě vychází publikace věnovaná tomuto tématu v prestižním časopisu PLOS ONE pod názvem „Dual effects of hydrogen sulfide donor on meiosis and cumulus expansion of porcine cumulus-oocyte complexes". Jejími autory jsou: Jan Nevoral, Jaroslav Petr, Armance Gelaude, Jean-Francois Bodart, Veronika Kučerová-Chrpová, Markéta Sedmíkova, Tereza Krejčová, Tereza Kolbabová, Markéta Dvořáková, Alena Vyskočilová, Ivona Weingartová, Lenka Křivohlávková, Tereza Žalmanová a František Jílek.
https://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0099613
Blahopřejeme!