Základní biologický proces, který řídí párování chromozomů během vývoje vajíčka a spermie, je nyní chápán s bezprecedentní jasností. Nový výzkum Kalifornské univerzity v Davisu publikovaný v časopise Nature ukazuje, jak chyby v tomto procesu přímo vedou k neplodnosti, potratům a genetickým stavům, jako je Downův syndrom.
Kritická role chromozomálních křížení
Lidé dědí 23 párů chromozomů, jednu sadu od každého rodiče. Během produkce spermií a vajíček si tyto páry musí vyměňovat genetický materiál v procesu zvaném cross over. To zajišťuje genetickou rozmanitost u potomků a zároveň fyzicky spojuje páry chromozomů. Bez správného křížení se mohou chromozomy během buněčného dělení nesprávně oddělit, což má za následek vajíčka nebo spermie s nesprávným počtem chromozomů. To je základem mnoha reprodukčních selhání.
Jak tento proces funguje: Dvojité prázdninové přechody
Proces křížení zahrnuje strukturu zvanou dvojité prázdninové spojení, kde se proplétají řetězce DNA párových chromozomů. Enzymy pak tato vlákna přeruší a znovu spojí a vytvoří stabilní vazbu. Vědci vedení profesorem Neilem Hunterem použili genetické inženýrství u kvasinek (modelový organismus s pozoruhodně podobnými procesy jako u lidí) k pozorování těchto molekulárních událostí v reálném čase.
Problém s nefunkčními odkazy
Pokud se tato spojení nevytvoří správně, chromozomy se mohou oddělit, jako když lidé ztrácejí přilnavost v davu. To vede k vajíčkům nebo spermiím s příliš mnoha nebo nedostatečným počtem chromozomů. Downův syndrom, kdy má člověk kopii chromozomu 21 navíc, je přímým důsledkem této chyby. Častými důsledky jsou také potraty a neplodnost.
Proč jsou ženy zranitelnější
Vajíčka čelí jedinečné výzvě: tvoří se v raném stádiu vývoje, ale ve vaječnících ženy zůstávají nečinná po celá desetiletí. Udržování těchto spojení po tak dlouhou dobu je zásadní, protože poškozené křížení mohou vést k chybám, když je vajíčko konečně aktivováno. Naproti tomu spermie se dělí a distribuují chromozomy mnohem rychleji, což snižuje riziko dlouhodobých selhání komunikace.
Identifikovány klíčové proteiny
Hunterův tým identifikoval proteiny, jako je kohesin, které chrání dvojité prázdninové křižovatky před předčasným rozpadem. Další komplex, komplex STR (nebo Bloom komplex u lidí), je řízen těmito ochrannými proteiny, aby byla zajištěna správná tvorba crossoverů. Systematickým vyřazením proteinů v kvasinkových buňkách výzkumníci zmapovali síť proteinů potřebnou pro úspěšnou tvorbu crossoveru.
Od kvasinek k lidem: Evoluční ochrana
Krása této studie spočívá v její široké relevanci. Základní mechanismy chromozomálního křížení se během evoluce změnily jen málo. Stejné proteiny, které fungují v kvasinkách, fungují také u lidí, což znamená, že poznatky získané z modelových organismů jsou přímo použitelné pro lidské zdraví. Toto pochopení by mohlo vést k lepším metodám diagnostiky a léčby neplodnosti a genetických poruch.
Studie zdůrazňuje, jak křehký je proces reprodukce na molekulární úrovni. Ochrana těchto spojení není jen o předcházení chybám, ale také o zachování životaschopnosti budoucích generací.
