Nová studie osvětluje přenos genetických nemocí

Nová studie přináší důležité poznatky o přenosu závažných genetických nemocí. Na unikátním výzkumu, který vedla britská Universita v Birminghamu, se podíleli také vědci z Ústavu biologie obratlovců AV ČR. Pracovali s myšími modely, vyvinutými v chovném zařízení na pracovišti ústavu ve Studenci. Výsledky studie publikoval na konci června prestižní časopis Nature Communications.

Mitochondriální DNA (mtDNA) tvoří součást mimojaderné genetické informace. Dědí se po mateřské linii, protože mitochondriální DNA zárodku pochází z vajíčka. V každé buňce se však nachází mnoho mitochondrií a různé mitochondrie mohou mít odlišné genetické projevy. V důsledku mutací může mít matka ve vajíčku více typů mitochondriálních DNA (heteroplazmie), a je těžké předpovídat, které genetické projevy její potomci zdědí. Matky, které jsou nositelkami mutace mtDNA, potenciálně mohou svému dítěti předat onemocnění, jako je dědičný diabetes, hluchota nebo metabolické poruchy. Význam věku rodiček byl nicméně dlouho velkou neznámou. Jak souvisí pravděpodobnost přenosu odlišných genetických vlastností s věkem matky? Odpověď na tuto otázku může pomoci plánování rodičovství a klinické terapii s cílem omezit přenos vážných mitochondriálních nemocí.

Na studii se podílel i český vědec Jaroslav Piálek (vlevo, s předsedkyní a místopředsedou AV ČR)

Starší matky

Při výzkumu se používaly moderní technologie a sledovala se variabilita mtDNA v heteroplazmických buňkách vajíček myších matek v průběhu stárnutí a také v jejich potomstvu. Vědci souběžně vyvinuli matematický model, který popisoval změny v zastoupení a přenosu mtDNA mezi matkou a potomstvem. Tento teoretický model pak zkombinovali s naměřenými daty, aby dokumentovali, jak různé biologické procesy ovlivňují mtDNA uvnitř a mezi generacemi. Zjistili přitom, že variabilita v zastoupení různých mtDNA dramaticky vzrůstala s věkem matky. To znamená, že pravděpodobnost přenosu extrémnější (a to jak nízké, tak vysoké) úrovně dané genetické vlastnosti se u starších matek zvyšuje. Naopak u mladších matek bude zastoupení obou typů mtDNA mezi sebou podobné.

„Budeme se snažit využít této účinné analýzy velkých datových souborů k popsání a předpovědi dynamiky dědivosti mtDNA u lidí, a dozvědět se, co je spojeno s vlastnostmi různých typů mtDNA, které předpovídají jejich evoluci napříč generacemi,” uvádí Iain Johnston z University v Birminghamu, který patřil mezi vedoucí studie.

Mezinárodní výzkum se opíral o speciálně vyvinuté myší modely na pracovišti Ústavu biologie obratlovců ve Studenci

Umělé oplození ze tří rodičů

„Starší matky mají vyšší šanci, že budou mít některá vajíčka s nízkým zastoupením určitého typu mtDNA. To může zlepšit možnosti výběru vajíček s nízkou mutační zátěží pro in vitro oplození,“ řekl Jörg Burgstaller z University veterinární medicíny ve Vídni. Mezinárodní tým také zjistil, že různé typy mtDNA se přenášely různými způsoby: některé typy mtDNA zvyšovaly přednostně svůj podíl na úrok druhé, jiné naopak. Tato zjištění sloužila k vytvoření modelu, který předpovídá, jak se riziko, že by potomek mohl získat nemoc vázanou na mtDNA, mění v průběhu času.

„Pokud jsou data z myšího modelu relevantní pro dynamiku heteroplazmie u lidí, může tento výzkum dát také impulz, jak postupovat při početí dítěte při umělém oplození ze ‚tří rodičů‘. Když má matka životně závažnou mutaci mtDNA, její genetická informace se může přerušit přenosem jádra s jadernou DNA postižené matky do vajíčka náhradní zdravé matky, ze kterého se předem odstraní jádro. To je pak oplozeno spermiemi otce. Bohužel při tomto jaderném transferu bývá přenesen i malý podíl mitochondrií matky. Odběr a testování vajíček u starších matek může pomoci vybrat vajíčka s nízkým výskytem nevhodné mtDNA, a tím podstatně snížit riziko přenosu nemoci vázané na mtDNA,“ uvádí spoluautor studie Jaroslav Piálek.

 „Je to kombinace matematického modelu a obrovského objemu experimentálních dat, které nám umožnily odhalit jemné mechanismy, které ovlivňují dědivost mtDNA,“ shrnuje Nick Jones z Imperial College v Londýně, další ze spoluautorů studie.

Spolupráce zahrnovala kromě Univerzity v Birminghamu také vědce z Imperial College v Londýně, IFA Tulln/ Univerzity Veterinární Medicíny ve Vídni, Univerzity v Oxfordu a Ústavu biologie obratlovců Akademie věd České republiky.

Připravila: Univerzita v Birminghamu ve spolupráci s Alicí Horáčkovou, Odbor mediální komunikace Kanceláře AV ČR, a Jaroslavem Piálkem, Ústav biologie obratlovců AV ČR
Foto: Ústav biologie obratlovců AV ČR

Přečtěte si také

• 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
• Vědec chce rozlousknout záhadu rozmanitosti přírody za pomoci mušek octomilek
• Rostliny se mohou přizpůsobit klimatickým změnám, aniž by změnily svoji DNA
• Ekosystémové stanice: tiší strážci zkoumají „dech“ krajiny a dopady změn klimatu
• Vědci předkládají zajímavou teorii: křídla hmyzu se mohla vyvinout z žaber
• Třetina světa v posledních dekádách citelně vysychá, zjistili vědci z CzechGlobe