Hlavní strana Autorské články a zajímavosti ze světa biotechnologií Crossing-over a lidská reprodukce

Crossing-over a lidská reprodukce

Datum: 7.3.2013

Lidská reprodukce je mimořádně komplikovaný proces. Nový lidský jedinec vzniká splynutím dvou pohlavních buněk – mateřské (vajíčka) a otcovské (spermie). Jelikož každý člověk má ve svých buňkách 46 chromozomů – musí každá pohlavní buňka obsahovat právě 23 chromozomů, aby byl po jejich splynutí obnoven původní počet. Proto existuje speciální typ jaderného dělení – meióza – který v přírodě existuje právě za účelem produkce pohlavních buněk s polovinou genetické informace. V průběhu meiózy probíhá také výměna genetické informace mezi chromozomy jednoho páru – tzv. crossing over. Tato rekombinace je důležitá pro zvýšení genetické variability další generace. Zároveň je ale crossing-over možnou příčinou různých chyb, které mohou výsledek meiotického dělení negativně ovlivnit. Genetické faktory, které ovlivňují crossing-over tak mohou v konečném důsledku ovlivnit i plodnost daného jedince. S tímto závěrem přišli autoři nové studie, která tento měsíc vyšla v prestižním časopise Nature Genetics.

Karyotyp, respektive soubor všech chromozomů v buněčném jádře je pro každý druh charakteristickým znakem. To platí i pro člověka, jehož karyotyp obsahuje 23 párů – tedy celkem 46 chromozomů (Gardner a Sutherland, 2004). Obecně je známo, že nový lidský jedinec dostává polovinu své genetické informace od otce a polovinu od matky. V praxi to znamená, že ženská pohlavní buňka (vajíčko neboli oocyt) i mužská pohlavní buňka (spermie) musí obsahovat právě 23 chromozomů (haploidní stav), aby po oplození vajíčka spermií (a tím pádem vzniku zygoty) bylo v jádře přítomno opět 46 chromozomů (diploidní stav). Proto existuje speciální typ jaderného dělení – meióza – jehož úkolem je právě vznik pohlavních buněk – gamet (Kleckner, 1996).

Průběh meiotického dělení je poměrně složitý. Ve skutečnosti jde o dvě po sobě jdoucí dělení, označovaná také jako meióza I a meióza II (Sun a Kim, 2012). V průběhu I. meiotického dělení dochází k redukci počtu chromozomů – neboť dojde k rozchodu homologních chromozomů a ve dvou vzniklých buňkách tak zbyde pouze haploidní chromozomální výbava. V průběhu meiózy II se pak (podobně jako v mitóze) od sebe roztrhnou zdvojené chromatidy každého z chromozomů. Konečným výsledkem celé meiózy jsou tak 4 buňky, každá s haploidním počtem (u člověka tedy s počtem 23) chromozomů (Kleckner, 1996).

Chyba v rozestupu chromozomů v průběhu meiotického dělení se obecně označuje jako nondisjunkce. (Gardner a Sutherland, 2004). Známým rizikovým faktorem je například pokročilý věk matky, neboť v případě oocytů riziko nondisjuncke s rostoucím věkem ženy stoupá (Chiang et al, 2012). Nondisjunkce je přitom závažná chyba, neboť vede ke vzniku gamet a následně i zygoty s nesprávným množstvím chromozomů, což je častá příčina známých chromozomálních syndromů (například trizomie chromozomu 21 způsobuje Downův syndrom), případně je dokonce příčinou předčasného zániku embrya (Gardner a Sutherland, 2004).

Meiotické dělení je velice důležité pro zvýšení variability genetické informace u potomků. Díky mechanizmu meiotického dělení se do hotové pohlavní buňky (ať již vajíčka nebo spermie) dostane vždy pouze jeden ze dvou chromozomů původního chromozomového páru daného rodiče. Tento náhodný výběr se pak u člověka týká všech 23 chromozomů – počet možných kombinací je tedy vskutku obrovský. (Kleckner, 1996). Je to jeden z důvodů, proč se mezi sebou mohou dvě děti stejných rodičů tolik lišit – genetická informace předávaná v pohlavních buňkách se totiž také velmi liší.

Crossing-over je fenomén, který výše zmíněnou variabilitu ještě více znásobuje. Jde o proces, odehrávající se v průběhu profáze I. meiotického dělení, v průběhu které si nesesterské chromatidy určitého chromozomového páru vymění část genetické informace (Tsai a McKee, 2011). Tento proces samozřejmě vyžaduje přesnost, neboť nerovnoměrná výměna vede ke vzniku chromatidy s nesprávným množstvím genetické informace (Gardner a Sutherland, 2004). Párování homologních chromozomů a vznik kontaktů (synapsí) mezi jednotlivými chromatidami je proto regulován různými faktory (Tsai a McKee, 2011).

V současné době pak v této oblasti probíhá intenzivní výzkum, neboť některé procesy nejsou stále zcela pochopeny. Do neúplné mozaiky našich vědomostí nyní přispívá nová studie mezinárodního týmu autorů (Reynolds et al., 2013), která nám ukazuje, jak porucha genetické regulace crossing-overu může významným způsobem ovlivnit reprodukční zdatnost konkrétního jedince. Vědci v rámci svého výzkumu pracovali s modelovým organizmem (myši) u kterých zkoumali funkci genu RNF212. Tento gen, respektive jeho produkt je přímo zodpovědný za regulaci tvorby synapsí a stabilitu celého procesu rekombinace. U myší, u kterých byla jedna kopie genu RNF212 vyřazena z funkce, byla pozorována menší četnost míst, kde probíhal crossing-over a celková plodnost těchto jedinců byla snížená. U myší, které měly nefunkční obě alely RNF212 genu, pak byla regulace crossing-overu poškozena zcela a jelikož následkem této dysfunkce bylo narušeno celé meiotické dělení (a tím i vznik gamet se správným množstvím genetické informace) byly tyto myši prakticky neplodné (Reynolds et al., 2013).

Výsledky tohoto výzkumu určitě napomohou dalšímu pochopení (nejen) lidské reprodukce, která je v souvislosti se stále častějším výskytem neplodnosti velice aktuálním tématem. Do budoucna by nám tak tento objev mohl pomoci rozšířit diagnostické postupy.

Autor: MUDr. Antonín Šípek

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.