Chromozomy v prostoru a čase aneb když se luští věty v knize života

Po přečtení genomu člověka i mnoha dalších organismů, tedy po rozluštění „písmenek“ genetického kódu, se vědci soustřeďují na to, co znamenají jeho „slova“ (geny), a „dlouhé věty“ (chromozomy). Zajímá je také, jak dědičná informace funguje jako celek. O nových poznatcích v této oblasti hovořilo na zářijové mezinárodní konferenci v Praze 240 genetiků, cytogenetiků, odborníků na genomiku a organizaci genomu i ze souvisejících aplikovaných věd.

Široký záběr 22. Mezinárodní konference o chromozomech, která se konala od 2. do 5. září 2018, nastínil ve své úvodní přednášce Thomas Cremerz mnichovské Univerzity Ludwiga Maximiliana, který se věnuje studiu struktury a prostorového uspořádání chromozomů v buněčném jádře. Jeho příspěvek se nazýval Chromozom v prostoru a čase – od minulosti k budoucím výzvám.

Důležitým cílem konference bylo podle Pavla Hozáka z Ústavu molekulární genetiky AV ČR propojit dvě skupiny badatelů. Jedna se soustřeďuje na molekulární stránku genomu a jeho fungování, druhá se zabývá zejména tím, jak se genetická informace zachovává v populaci (ať už lidské, nebo u zvířat či u rostlin) a jak se mění během evoluce pod tlakem přírodních faktorů.

Účastníci 22. Mezinárodní konference o chromozomech, která se konala od 2. do 5. září 2018 v Praze

„Je to trochu netradiční spojení, protože obě skupiny používají jiné badatelské nástroje, ale právě od toho si slibujeme nové impulzy. Věříme, že najdou společnou řeč a budou spolu vytvářet nové projekty,“ říká Pavel Hozák.

Zacíleno na fungování genomu

„Genomy už jsou přečtené, takže hlavní otázkou nyní je, jak genom funguje. To znamená, jak dědičná informace reguluje vývoj rostliny nebo živočicha, jak ovlivňuje jejich reakci na vnější prostředí,“ vysvětluje další účastník konference Jaroslav Doležel z Ústavu experimentální botaniky AV ČR. To už se ovšem nedá vyčíst pouze z pořadí bází nukleových kyselin neboli oněch písmenek v dědičném kódu. „Zde už hraje roli, jak je dědičná informace v buněčném jádře sbalená. Důležitá je interakce jejích – třeba i vzdálených – úseků navzájem, protože podle toho, jestli se přiblíží nebo oddálí, se regulují, zapínají a vypínají geny. K tomu všemu přistupuje ještě modifikace dědičné informace např. prostřednictvím metylace.“

Jak se chromozomy měnily v čase

Rovněž prezident konference, Darren K. Griffin z Univerzity v Kentu považuje za hlavní přínos konference její víceoborovost, propojování klasické cytogenetiky, tedy výzkumu chromozomů, se studiem buněčného jádra, jeho uspořádání i změn v průběhu evoluce, vývoje normálního i nesprávného atd. On sám se věnuje zejména změnám, k nimž docházelo v chromozomech v průběhu evoluce u různých živočichů.

„První věc, kterou zde zdůrazňuji, je, nakolik se tyto změny podobají změnám, které pozorujeme při určitých chorobách. Může docházet ke zlomům a přeuspořádání chromozomů; může dojít k translokaci, což je výměna dvou segmentů dvou chromozomů. Nebo může docházet k výměně úseků v rámci jednoho chromozomu, některé mohou zcela chybět nebo být navíc, splynout spolu,“ říká Darren Griffin, který sleduje evoluční změny zejména u ptáků.

„Výzkumem chromozomů ptáků a zároveň jejich porovnáním s genomy některých druhů želv jsme dokázali získat určitou představu dokonce i o tom, jak mohly vypadat chromozomy dinosaurů,“ dodává Darren Griffin.

Pavel Hozák z Ústavu molekulární genetiky AV ČR

O stabilních a nestabilních chromozomech

Co se týče lidského genomu, konference ukázala, že vědci se postupně učí chápat, jaká sekvence je správná, kdy a jak dochází k mutacím vlivem záření, znečištění, toxinů nebo dalších faktorů v životním prostředí, jaké mají tyto změny důsledky, jak vznikají nemoci včetně dědičných. Požádali jsme Pavla Hozáka, aby se podíval na některé aspekty konkrétněji:

Studuje se i úloha tzv. epigenetických změn, tedy odlišností ve fungování genů, které nejsou způsobeny modifikacemi v uspořádání základních stavebních kamenů DNA. Stav daného genu se navíc může přenášet mezi generacemi – z matky nebo z otce na potomka. Vyslechli jsme zde např. přednášku o tzv. B chromozomech – ty nemají lidé, ale nacházíme je například u ryb či u rostlin. Jejich zvláštností je, že se vyskytují jenom v části rostliny nebo pouze v části rybí populace. Nejde o stálé chromozomy, které by byly v genomu stabilně, ale jejich přítomnost ovlivňuje chování daného organismu, jeho odolnost proti stresům z prostředí atd. Jde o nové poznatky, jejichž význam často ještě ani neznáme.

Trochu mne překvapuje existence chromozomů, které jsou přítomné jen v některých částech rostliny nebo živočicha, když jsme se ve škole učili, že každý organismus dědí konkrétní počet chromozomů...

Samozřejmě, kdyby měl organismus genom až příliš nestabilní, nefungovalo by to. Musí tam být základ, který se přenáší neustále a zajišťuje, že se příslušný organismus správně vyvine, dokáže reagovat na podněty z prostředí, je schopen se rozmnožovat atd. Ale určitá část jeho genomu očividně není úplně nezbytná. Takže kupříkladu nadzemní část rostliny přídatné B chromozomy má, ale kořeny nikoli. Kořeny totiž představují specializovanější orgán, v němž B chromozomy nejsou potřeba – nebo naopak obsahují nějaké geny, které by v kořenovém systému vadily, takže jsou v buňkách, které se stanou součástí kořenového systému, eliminovány. Genom si to tak zreguluje, nepotřebné chromozomy se odstraňují až v průběhu dělení buněk v konkrétní části organismu. To vše se teprve zkoumá.

S jakými novými poznatky jste přišel na tuto konferenci vy a vaše laboratoř?

Prezentujeme nové výsledky týkající se uspořádání chromozomů v buněčném jádře konkrétně ve stavu, kdy jsou aktivní, jejich informace je čtena a předává se dál do podoby bílkovin a ribozomální RNA. Zjistili jsme, že v jádře existují specializované útvary velké jen asi 100 nm, které obsahují především lipidy, a že aktivní geny se nacházejí přednostně na povrchu těchto tukových kapének. Právě napojením příslušných genů na tukové kapénky vyjadřuje – zdá se – genom nějakou preferenci v tom, že právě tyto geny se budou číst a jejich informace využívána. To jsme publikovali teprve na konci loňského roku, takže pokračujeme ve výzkumech celého mechanismu a molekul potřebných k uvedenému fungování genů na povrchu lipidových kapének. Spolupracujeme například s biofyziky, jelikož se dostáváme do oblasti fázové separace. Představte si, že smícháte olej s vodou a udělá se rozhraní. Ukazuje se, že v buněčném jádře funguje něco podobného: některé části, například některé bílkoviny tvoří spolu s lipidy husté gelové seskupení, které nemá charakter standardního roztoku, ale jistého fyzikálního rozhraní, které může být právě důležité pro fungování genů.

Připravila: Jana Olivová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: Karel Janoušek, Ústav molekulární genetiky AV ČR; úvodní foto DNA z fotobanky Pixabay

Přečtěte si také

• Jarní zásilka plná zdraví. Jak pupeny stromů léčí?
• Nově objevená řasa může pomoci rozlousknout tajemství evoluce rostlin
• Paraziti jsou podle mě nádherné organismy, říká Julius Lukeš
• O myších a lidech. Vědci zjistili souvislosti migračních tras člověka a myši
• Svůj svátek slaví i včely. Jaká je role opylovačů v krajině a co je ohrožuje?
• Evoluce věčně živá. V čem tkví podstata biologické rozmanitosti?
• Pozor na klíšťata v městských parcích, jsou nebezpečná, varují odborníci
• Unikátní rozmnožování skokanů z Moravy potvrdili vědci i u dalšího druhu žáby
• Embrya parazitických ryb hořavek se naučila přemet, který jim umožňuje přežít
• Na světě klesá počet velkých šelem – vymírání čelí například levharti