Zárodečné buňky, noví hráči v určení pohlaví želv

Pohlaví jedince může být určeno geneticky, jak jsme zvyklí třeba u lidí. U jiných organismů však může při určení pohlaví hrát roli prostředí. Například teplota, které jsou vystavena embrya v průběhu vývoje, určuje pohlaví u řady plazů. Teplotní určení pohlaví se týká i některých skupin želv. Mezi takové želvy patří i želva nádherná (Trachemys scripta elegans) sloužící jako model pro studium teplotního určení pohlaví.

Ilustrace želvy nádherné od Karla Bodmera z roku 1865 (volné dílo)

Gonády želvích embryí jsou zpočátku nerozlišené. Rozhodující slovo v jejich diferenciaci ve vaječníky, či varlata, tedy v určení pohlaví jedince, mají podpůrné buňky gonád. I ty jsou zprvu nerozlišené; diferencují se na základě různých signálů v granulózní buňky vaječníků, resp. v Sertoliho buňky varlat. Silným signálem je teplota působící v časovém okně (termosensitivní periodě), kdy k diferenciaci dochází. Vajíčka želvy nádherné inkubovaná při nízké teplotě okolo 26 °C se vyvíjejí v samce, zatímco z vajíček inkubovaných při vyšší teplotě (31 °C) vznikají samice. Při teplotě 29 °C se vyvíjejí samci a samice zhruba v poměru 1:1. Další signály, například steroidní hormony, mohou „přebít“ účinky teploty a zvrátit pohlaví jedince. Představa je tedy taková, že nerozlišené podpůrné buňky gonád jsou pod palbou různých signálů, jejichž složení nakonec rozhodne o tom, jakou cestou se vydá diferenciace buněk i celých gonád.

U modelových paprskoploutvých ryb (dánio, medaka) je pohlaví určené geneticky, manipulace s počtem zárodečných buněk gonád však může způsobit jeho zvrat – tedy např. z genetické samice fenotypově vytvořit samce. U plazů a dalších blanatých obratlovců (Amniota) zatím vliv zárodečných buněk nikdo nezkoumal. Tým, jehož součástí byla i Barbora Straková z Katedry ekologie PřF UK, se nyní zaměřil právě na vliv teploty na zárodečné buňky a na to, zda zárodečné buňky mohou přímo ovlivnit pohlaví želv.

Počty zárodečných buněk se mezi jednotlivými embryi studované želvy nádherné opravdu lišily v závislosti na inkubační teplotě: při 31 °C obsahují gonády více zárodečných buněk než při inkubační teplotě 26 °C. Teplota má zde nejpatrnější vliv již v raném vývoji – ještě před tím, než dojde k diferenciaci podpůrných buněk gonád. Počet zárodečných buněk se přitom zdá být pod přímým vlivem teploty. Embryím, která byla inkubována při 26 °C a u kterých bychom tedy čekali varlata, se po experimentální feminizaci estrogenem gonády vyvinuly ve vaječníky. Stále však obsahovaly méně zárodečných buněk.

Vliv počtu zárodečných buněk na určení pohlaví je dobře patrný při inkubační teplotě 29 °C, kdy by se měli z vajíček vyvíjet samci i samice. Embrya chemicky ošetřená tak, aby jejich gonády obsahovaly méně zárodečných buněk, vykazovala výrazně vychýlený poměr pohlaví ve prospěch samců. Ve většině případů tedy větší množství zárodečných buněk vede k samičímu vývoji embrya, vliv zárodečných buněk však není absolutní – při 31 °C se i z vajíček se sníženým počtem zárodečných buněk vyvíjí samice, nikoliv samci.

Stav je tedy podobný paprskoploutvým, u kterých může počet zárodečných buněk přebít i genetické určení pohlaví a kde vyšší počet zárodečných buněk podporuje samičí vývoj embrya. U teplotního určení pohlaví želvy nádherné hrají důležitější roli podpůrné buňky, nicméně při fluktuaci teplot by zárodečné buňky mohly mít rozhodující slovo.

Autoři studie tedy postulují pro Amniota nový model uvažující roli více buněčných typů, ve kterém je určení pohlaví výsledkem „hlasování“ různých signálů ovlivňujících různé buněčné typy. Přímý vliv teploty na počet zárodečných buněk také může přinášet evoluční výhodu skrz zvyšování reprodukčního potenciálu samic, které mohou, jak autoři předpokládají, těžit z většího množství zárodečných buněk více než samci.

Tezak, B., Straková, B., Fullard, D. J., Dupont, S., McKey, J., Weber, C., & Capel, B. (2023). Higher temperatures directly increase germ cell number, promoting feminization of red-eared slider turtles. Current Biology.

Kateřina Bezányiová