Letošní Nobelovu cenu za fyziologii a lékařství obdrželi tři biologové za určení klíčových genů, které regulují vývoj organismu červa – hlístice Caenorhabditis elegans. Objasnili navíc zákonitosti řízeného odumírání buněk, takzvanou naprogramovanou buněčnou smrt.
"Naprogramovaná smrt buňky je podmínkou normálního vývoje a života každého organismu. Někdy se ale buňky vymknou daným pravidlům hry a získávají nesmrtelnost. Jde o buňky maligní. Jindy zase umírají předčasně během vývoje jedince, jejich masové a špatně načasované umírání provází například neurodegenerativní choroby," vysvětluje vývojový biolog profesor RNDr. Jiří Paleček, DrSc.
hn: Jakou roli hraje v organismu apoptóza, naprogramovaná buněčná smrt?
Různé buňky v těle žijí po vymezeně dlouhou dobu a pak zanikají, aby je vystřídaly buňky právě vzniklé. Doslova klíčovým problémem vývojové biologie je takzvané Hayflickovo číslo, které říká, že individuální vývoj celého organismu je dán striktním limitem sedmdesáti buněčných generací. Ovšem toto platí pouze pokud jde o takzvaný determinovaný růst, to jest ukončený na prahu dospělosti. Netýká se některých ryb, například kapra. Ten roste, dokud žije a má dost potravy. Délka buněčného života většiny živočichů je zakódována v genech buněčné smrti. Střídají-li ve správný čas zaniklé buňky buňky nové, vše je v pořádku. Problém nastává, když vypoví poslušnost. Naučíme-li se ovládat množení buněk, které se vymkly striktní kontrole našeho organismu, budeme mít v ruce klíč k devastujícím chorobám, jako je AIDS, Alzheimerova a Parkinsonova choroba. Letošní "nobelisté" učinili první krok. Osvětlili způsob zapínání a vypínání procesu buněčné smrti. Smrt buněk je fyziologická, buňky nesmrtelné nás naopak ohrožují, jsou to buňky maligního bujení. Ilustrací jejich nesmrtelnosti mohou být například takzvané Hela buňky. V roce 1932 byly odebrány z karcinomu děložního čípku Američanky Heleny Lambertové. Dodnes se nacházejí jako pokusný materiál v mnoha laboratořích po celém světě a po sedmdesáti letech se pořád ještě v tkáňových kulturách množí. Nemají v sobě obsažený kód smrti.
hn: Proč má ve výzkumu programované buněčné smrti takový význam právě experimentální model, hlístice Caenorhabditis elegans?
Protože najít vhodný biologický model je pro takový výzkum klíčové. Tato hlístice, červík asi jeden milimetr dlouhý má stabilně a vždy 959 buněk. Ty lze snadno sledovat, zvláště když červík je navíc průhledný. Má zhruba dvacet tisíc genů, což je impozantní číslo vzhledem k tomu, že člověk má asi třicet tisíc genů. Kupodivu mnoho genů s ním máme společných. Navíc se na tomto živočišném modelu daří vysvětlit různé fenomény – například součinnost kaskád genů určujících pohlaví, vývoje a diferenciace všech orgánů. Samozřejmě, pokud jde o apoptózu, zakládá se u Caenorhabditis elegans daleko větší počet buněk, ale zvláště ty neurální podléhají striktním příkazům sebezničení. Tím více je tento model fascinující, a to nejen pro přírodovědce.
hn: Jak se projevuje genové zapínání a vypínání například při vývoji lidského embrya?
Zapnutí příslušného genu, říkáme mu genová exprese, má za následek to, že se po velice komplikovaném příkazu začne vyrábět příslušná bílkovina – protein embrya. Uvedu příklad. Obratlovci včetně člověka mají komorový typ oka. Jestliže se neprovede ve správný čas signál genové exprese vedoucí k výrobě určitého typu proteinu, bílkoviny uložené v čočce, jedinec je nevidomý. Pochopitelně "výroba" těchto proteinů, takzvaných krystalínů, je daleko složitější. Tyto geny se zapínají podle programu, který si v sobě nesou. Při vývoji embrya hrají roli tvůrce. Tak například všechna embrya savců, včetně člověka zakládají končetiny v podobě jakési lopatičky. Z koncové části této lopatičky vznikají třeba u člověka prsty tak, že musí zaniknou buňky mezi vznikajícími prstovými články, což je dlouho sledovaný fenomen vývojové biologie v programované buněčné smrti. V současnosti je tento proces detailně prostudovaný, je precizně zdokumentována posloupnost kaskády genů, které se při tomto ději angažují. Produkty genů, což jsou příslušné bílkoviny a jejich deriváty, nazýváme morfogeny. Koncentrují se do takzvaných morfogenetických polí a tím jsou příslušné buňky přesně instruovány jaké místo mají zaujmout. Morfogenů je v současnosti známo několik desítek, mezi ně patří například kyselina retinová, která vzniká z provitamínu A.
hn: Čím se nádorové buňky vymkly tomuto přirozenému řádu?
Je nutno říci, že i nádorová buňka si v sobě nese program pro sebevraždu. Má ho nejen zakódovaný, ale i připravený k aktivaci. Stačilo by stisknout ten správný vypínač. Ale zároveň má tento program porouchaný. Nádorové buňky vůbec vznikají tehdy, když je mechanismus, který hlídá zánik buněk, porouchán. Hraje tu roli klíčový protein, který nazýváme p53. Tato molekula plní úlohu jakéhosi hlídače integrity genetické informace. Jestliže dojde třeba k mutaci buněk z ozáření, p53 takovou buňku, která má náhle změněnou genetickou informaci, objeví a zlikviduje ji. Ovšem stává se, že je tento protein nefunkční, takže svou práci nedělá a otevře tak bránu mutovaným onkogenům. Dnes už naštěstí umíme provádět terapii na genové úrovni. Víme například, že v rodině je genetická zátěž, její členové mají mutovaný protein p53, a tedy je velká pravděpodobnost vzniku karcinomu. Kdybychom ale vnesli do závěrečné buňky gen se zdravým p53, vznikající jedinec se této zátěže zbaví. Namnožený zdravý genetický materiál se může vložit injekčně do kostní dřeně, je to celkem jednoduchý výkon. Optimální by bylo opravit gen už při rýhování vajíčka. Princip je jasný, ale přesto jde o hudbu budoucnosti. Bohužel tomu brání neexistující legislativa. V naší republice není žádný zákon, který by takový zásah zakazoval, ale ani povoloval. První genové terapie proběhly v USA a v Británii u dětí, které měly absolutní kolaps imunity, musely vlastně žít v igelitovém stanu v naprosto sterilním prostředí. Teď jsou to zdravé děti.
hn: Přispějí výzkumy letošních "nobelistů" a popularizace jejich práce k tomu, že se začnou vědecké poznatky uplatňovat v praktické medicíně?
Docela určitě. Medializace a popularizace je hnací motor. Oni položili základní kámen, teď už se musí stavět. Věřím, že například česká legislativa se s tím vyrovná do dvou let. Lékaři vědí, o co jde, a jsou pro. Genová terapie, která má souvislost s programovanou smrtí buněk, nebo zapínání kódu smrti pro rakovinové buňky jsou moderní metody, které čekají na své zavedení do praxe. Dá se říci, že metodika takové léčby je prakticky už připravená. Domnívám se, že jsme dnes v plné šíři zcela kompetentní zodpovědět všechny dané problémy vývojové biologie.
Článek vyšel na serveru Ihned.cz a byl převzat se souhlasem redakce vědecké rubriky Hospodářských novin.
