Modelové organismy, aneb co se můžeme naučit od prasete
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.
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
Akce dokumentů