MicroRNA v mozku zebřiček reaguje na nové písně

Zebřičky pestré (Taeniopygia guttata), dnes již doslova kultovní astrildovití pěvci z Austrálie a nejzazší jihovýchodní Asie, jsou obstojně hlasitými a nespoutanými zpěváky. Jejich repertoár zahrnuje celou škálu zajímavých zvuků, které někdy připomínají ječivé tóny hudebních hraček anebo cvakání elektronických přístrojů. Když ale zebřičky zaslechnou zbrusu novou píseň od samce svého druhu, tak ztichnou a několik minut nehybně a velmi pozorně naslouchají. Postupně se s novou písní seznámí a pak se už zase bezstarostně věnují každodenní rutině. Co se jim asi během toho děje v mozku? Zdá se, že například na úrovni kratičkých regulačních RNA docela dost.

Zebřičky jsou totiž populární nejen mezi chovateli drobných okrasných ptáčků, ale i pro molekulární biology, kteří si z nich udělali oblíbený modelový druh. David Clayton z University of Illinois a jeho kolegové sledovali pohyb hladin různých microRNA, tedy relativně nedávno objevených velmi krátkých RNA, které se podílejí na regulaci exprese mnoha různých genů, v mozku dospělých zebřiček, poslouchajících doposud neznámou píseň. Ukázalo se, že při poslechu hladina některých sledovaných microRNA v mozku zebřiček velmi ochotně klesá i stoupá. Clayton a spol. se zaměřili na oblast sluchové kůry, čili takzvané Heschlovy závity ve spánkovém laloku předního mozku. Identifikovali tam 121 různých microRNA, známých i v jiných obratlovcích. Z těchto microRNA v celkem pěti případech opakovaně docházelo ke změnám počtu kopií po poslechu nové písně. Kromě toho nalezli 34 zcela nových microRNA, které se jim nepovedlo přiřadit k sekvencím v lidském ani ve slepičím genomu. Tři z těchto doposud neznámých, které sídlí na pohlavním chromozómu Z, se po poslechu nové písně exprimovaly rozdílně u samců a u samic zebřiček. Samci ptáků mají dvě kopie genu Z, zatímco samice jenom jednu, takže se zřejmě už na úrovni základního počtu chromozómů liší množství microRNA mezi samci a samicemi, což je rovněž velmi zajímavé zjištění. Clayton je také přesvědčen, že je to první známý případ mezi pěvci, kdy reakce určitého genu závisí na pohlaví.

K objevu microRNA (neboli miRNA) došlo v roce 1993, ale samotný termín pochází až z roku 2001, kdy se objevil v časopise Science. Sekvence kódující microRNA jsou mnohem delší, než funkční microRNA. Ty vznikají transkripcí a následnými úpravami, kdy se u živočichů příslušná DNA nejprve přepíše na takzvanou pri-miRNA, kterou komplex známý jako „Microprocessor", složený z proteinů Drosha a Pasha, upraví na pre-miRNA. Molekula pre-miRNA vstoupí do cytoplazmy a tam po setkání s proteinem Dicer vznikne samotná microRNA, která se posléze naváže do známého komplex RISC (RNA-induced silencing complex), který s využitím v současnosti intenzivně studované RNA interference dokáže tlumit expresi určitých genů.

V předešlých studiích sledujících roli microRNA se podle Claytona ukázalo, že tyto svérázné regulační molekuly v mozku podstupují během embryonálního vývoje a posléze stárnutí dramatické změny v expresi. Až doposud prý ale nikdo nedoložil, že by se microRNA přímo podílely na reakcích mozku vůči podnětům z okolního prostředí. V tom je práce Claytonova týmu přelomová. Je více než pravděpodobné, že postupně odhalíme veliký a komplikovaný svět interakcí mnoha druhů microRNA s buňkami v mozku i jinde v těle, do kterého by jistě bylo možné i nějak zasahovat, což samozřejmě slibuje fantastické možnosti medicíně nebo i biotechnologiím budoucnosti. Vzhledem k tomu, že microRNA může ovlivňovat translaci, tedy překlad genetické informace z mRNA do proteinu, tak se zřejmě microRNA, v případě mozku zebřiček přistižené při změnách během poslechu nové písně, podílejí na jemném ladění reakce mozku na tyto podněty. Clayton a spol. po poslechu nové písně pozorovali náhlé vymizení některých mRNA. Není prý ještě úplně jasné, jak k tomu dochází, ale bezesporu v tom mají prsty molekuly microRNA.

Někteří odborníci přirovnávají microRNA k odhalené „temné hmotě" v DNA. Sekvence microRNA jsou totiž zapsané v té části DNA, o které jsme až doposud vůbec nic nevěděli a pochybovali jsme, jestli je vůbec k něčemu dobrá. Je velmi pravděpodobné, že velká část lidské DNA i DNA mnoha jiných tvorů, která leží mimo geny a jejich okolí, opravdu k ničemu není, protože je to jenom výplod nanicovatých genomových parazitů, ale podle všeho se v této „temné hmotě" nebo „genetické hlušině" ještě může najít leccos zajímavého. Biologové jsou tak vlastně najednou o krok napřed v porovnání s astrofyziky, kteří velmi lačně a pomocí gigantických přístrojů loví temnou hmotu vesmíru a zatím nenašli vůbec nic.

Autor: RNDr. Stanislav Mihulka PhD., PřF JU, České Budějovice

Použité zdroje:

(orig.) ScienceDaily 30.6. 2011, BMC Genomics 12: 227: MicroRNAs in the Songbird Brain Respond to New Songs

Wikipedia (MicroRNA, Zebra Finch)

Obrazové přílohy:

Tvorba microRNA. Kredit: Narayanese, Fvasconcellos. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c4/MiRNA_processing.svg

Pár zebřiček v romantické situaci. Kredit: Keith Gerstung. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/08/Taeniopygia_guttata_-Bird_Kingdom%2C_Niagara_Falls%2C_Ontario%2C_Canada_-pair-8a.jpg

David Clayton. Kredit: D. Clayton, University of Illinois. http://news.illinois.edu/WebsandThumbs/Clayton,David/clayton_david09_b.jpg