Z téměř 2,8 miliardy „znaků“, které tvoří DNA, stačí změnit pouze jeden, aby se u organismu předurčeného k tomu, aby byl samičí, vyvinula varlata a samčí pohlavní orgány.
To je ohromující výsledek, který právě publikoval v časopise Nature Communications tým vedený bioložkou Nitzan Gonen z Bar-Ilanovy univerzity, jenž již léta pěstuje varlata v laboratoři a nyní činí kvantový skok v našem chápání genetiky, vývojové biologie a evoluce.
98 % DNA, která řídí téměř vše
Většina lidského genomu, přibližně 98 %, neobsahuje žádné instrukce pro tvorbu proteinů. Tyto rozsáhlé úseky se nazývají nekódující DNA a po desetiletí byly podceňovány. Tato studie však zdůrazňuje, že právě tyto oblasti skrývají molekulární přepínače schopné způsobit dramatické vývojové změny. Rozdíly v pohlavním vývoji, což je soubor stavů, které postihují přibližně jedno ze 4 000 narozených dětí, jsou geneticky nevysvětlitelné ve více než polovině případů, kdy se analyzují pouze geny kódující bílkoviny. Nová zjištění naznačují, že mnoho odpovědí se může skrývat právě v této regulační DNA.
Oboustranný spínač
Klíč k objevu spočívá v regulační oblasti zvané Enh13, která funguje jako obousměrný řídicí prvek. Za normálních podmínek Enh13 řídí aktivitu Sox9, genu nezbytného pro tvorbu varlat. U jedinců s pohlavními chromozomy XY, tedy geneticky mužských, usnadňuje Enh13 vazbu určitých molekulárních faktorů na DNA a zapnutí Sox9, čímž podporuje vývoj varlat. U jedinců XX, kteří se za normálních okolností vyvíjejí jako ženy, umožňuje stejná oblast příchod represorových faktorů, které udržují Sox9 vypnutý a umožňují vznik vaječníků.
Když tým Gonen vnesl do oblasti Enh13 pomocí nástroje pro úpravu genů CRISPR jeden pár bází, přestal represorový mechanismus u XX myší fungovat. Sox9 se aktivoval a spustil úplnou samčí pohlavní diferenciaci, a to jak vnitřní, tak vnější.
Další testy, stejný výsledek
Výzkumníci se nezastavili pouze u jednoho experimentu. Vytvořili další myší modely s minimálními modifikacemi ve stejné oblasti, včetně odstranění pouhých tří párů bází. Ve všech případech se u XX jedinců vyvinula varlata. Funkční testy v buněčných liniích potvrdily mechanismus: mutace bránily regulačním faktorům zodpovědným za umlčení Sox9 u samic ve správné vazbě na DNA.
Tyto výsledky doplňují dřívější zjištění téže skupiny, která již prokázala opačný efekt: jiné mutace Enh13 mohou způsobit, že se u jedinců XY, kteří jsou geneticky muži, vyvinou ženské znaky. Souhrnně tato data vytvářejí obraz, v němž tato regulační oblast působí jako zesilovač mužského vývoje a zároveň musí být potlačena, aby ženský vývoj probíhal správně.
Proč na tom tolik záleží?
„Je to pozoruhodné zjištění, protože tak malá změna, pouhé jedno z 2,8 miliardy písmen v DNA, stačila k tomu, aby způsobila tak dramatický vývojový výsledek,“ vysvětluje Gonen. „To ukazuje, že nekódující DNA může mít zásadní vliv na vývoj, ale také na vznik onemocnění.“
Elisheva Abberbock, spoluautorka článku, upozorňuje, že současné diagnostické metody jsou nedostatečné: „Naše výsledky ukazují, že nestačí zaměřit se pouze na geny. Relevantní mutace lze nalézt i v nekódující DNA, v oblastech, které spíše regulují aktivitu genů než kódují proteiny.„
Co bude dál?
Odborníci z Bar-Ilanovy skupiny upozorňují, že Enh13 je pravděpodobně jen jedním z mnoha regulačních prvků, které se podílejí na určování pohlaví a dalších vývojových procesech. Tým již pracuje na systematické identifikaci těchto oblastí a podrobné charakterizaci jejich funkce, což je směr výzkumu, který by mohl změnit diagnostiku rozdílů v pohlavním vývoji a v širším smyslu i pochopení nemocí s rozdílným výskytem u mužů a žen.