Modelové organismy, aneb co se můžeme naučit od prasete
V biologickém vědeckém výzkumu často hrají klíčovou roli modelové organismy. Díky nim máme dnes detailní informace o buněčných a molekulárních mechanismech fyziologických, ale i patologických procesů, jako jsou například oplodnění vajíčka a následný vývoj embrya, replikace a transkripce DNA, rozvoj onemocnění či působení léčiv. Různé modely jsou ale vhodné pro různé účely – a jako stále slibnější se v mnoha ohledech spojených s aplikací v humánní medicíně jeví prase domácí. Buněční biologové z naší fakulty se nyní podíleli na důležité studii prasete jako modelu závažné a zatím neléčitelné Huntingtonovy choroby.
Snahou je využívat ke studiu biologických fenoménů takové organismy, aby získané znalosti byly obecně platné. V souvislosti s výzkumem onemocnění a možných terapií představují modelové organismy často jedinou možnost, neboť určitý výzkum nelze na člověku z biologických (dlouhá doba reprodukce a vývoje, nízký počet potomků a významná genetická variabilita) nebo etických důvodů provést.
Malé savčí modelové organismy typu myš či potkan jsou typicky používány pro výzkum přenositelný na člověka. Vzhledem k velikosti myši či potkana je však zřejmé, že i přes významnou podobnost na úrovni genů i proteinů je metabolismus a vývoj těchto organismů odlišný od lidského. Poměrně novým, ale velmi slibným velkým savčím modelovým organismem je prase domácí, a to nejen díky podobnosti genomu a proteomu, ale zvláště díky své velikosti a s tím spojené anatomii a fyziologii, délce vývoje i života a obdobnému metabolismu. S ohledem na míru genetické variability mezi jedinci je prase modelem, který více odpovídá realitě u lidí.
Jedním z onemocnění, pro jejichž studium se používají (nejen) modelové organismy, je Huntingtonova choroba, vzácné smrtelné dědičné neurodegenerativní onemocnění způsobené mutací v genu pro protein Huntingtin. Vlivem mutací dojde k expanzi CAG repetic v prvním exonu, což vede ke zvýšení počtu aminokyselinových zbytků glutaminu v N-koncové části proteinu Huntingtinu.
Takovýto aberantní protein má narušenou funkci v řadě biologických procesů a agreguje v cytoplazmě a jádrech buněk. Nejvíce zasažen je centrální nervový systém, kde dochází k odumírání mozkových neuronů. To vede k problémům s koordinací pohybů, ztrátě řeči a paměti, poruchám spánku a k demenci. Protože Huntingtin hraje významnou roli v řadě biologických procesů nejen v nervové soustavě, mezi další symptomy patří také svalová atrofie, pokles tělesné hmotnosti, osteoporóza, srdeční poruchy či testikulární atrofie a s tím spojené reprodukční problémy. První příznaky se nejčastěji projevují mezi 30. a 50. rokem života, ale onemocnět mohou i malé děti. V současnosti neexistuje žádná účinná terapie této choroby a pacienti umírají po 15 až 20 letech od prvních příznaků.
Archiv Petry Vochozkové.
Mezinárodní vědecký tým, jehož součástí byly také Monika Mačáková, Božena Bohuslavová, Petra Vochozková, Daniela Vidínská, Klára Vochyánová, Ivona Valeková a Monika Baxa z Katedry buněčné biologie, se zaměřil na studium samčích reprodukčních problémů na modelu miniprasete s Huntingtonovou chorobou. Již předchozí studie ukázaly, že genová exprese v mozku a ve varlatech sdílí shodné rysy a k reprodukčnímu selhání dochází často dříve než k vážnému poškození mozku. U pacientů s Huntingtonovou chorobou byly rovněž popsány četné testikulární abnormality a snížení počtu spermií. Je to ale způsobeno přímo přítomností mutovaného Huntingtinu ve varlatech, nebo hormonálními změnami v důsledku odumírání neuronů?
Dlouhodobá studie provedená na několika generacích kanců miniprasete s Huntingtonovou chorobou prokázala testikulární abnormality a degeneraci spermií obdobné těm u pacientů. Počty spermií, jejich pohyblivost a schopnost oplodnit vajíčko byly významně sníženy. S rostoucím věkem byly tyto změny výraznější a rovněž byly patrné morfologické změny buněčného jádra a metabolismu mitochondrií a později i testikulární atrofie.
Porovnání hladin testosteronu a luteinizačního hormonu mezi zdravými miniprasaty a miniprasaty s Huntingtonovou chorobou potvrdilo hypotézu, že reprodukční problémy nejsou způsobeny změnou hladin příslušných hormonů, ale přímým působením mutovaného Huntingtinu v tkáni varlat a v buňkách spermií.
Na základě těchto výsledků se miniprase jeví jako slibný model pro studium lidské Huntingtonovy choroby s možností sledování účinnosti případné terapie.
Jakub ČERVENKA
Publikováno:
Úterý 17.01.2017 11:15
Akce dokumentů