Laboratórny časopis online od zárodočnej línie
Preč cez zárodočnú líniu
V našej publikačnej analýze o výskume hormónov a metabolizmu patril Martin Hrabe de Angelis medzi 30 najcitovanejších myslí. V Mníchove vedie Inštitút experimentálnej genetiky v Helmholtzovom centre, profesor na Technickej univerzite a je členom správnej rady Nemeckého centra pre výskum cukrovky (DZD).
Laborjournal: V Mníchove prevádzkujete takzvanú „Myšovú kliniku“. Čo je to za inštitúciu?
Martin Hrabe de Angelis: Nemecká klinika pre myši bola prvým zariadením svojho druhu pre systémovú analýzu modelov ľudských chorôb. Je súčasťou Helmholtz Zentrum München v úzkej spolupráci s univerzitami. Vytvorili sme európsku sieť a po celom svete je teraz veľa kliník pre myši. Všetci pracujeme spoločne v Medzinárodnom konzorciu pre fenotypizáciu myší s cieľom spočiatku získať vyraďovaciu myšaciu linku pre každú kódujúcu oblasť. Nejde nám o individuálny gén, ale o celkový pohľad: Ako sú ktoré „cesty“ navzájom prepojené? Teraz máme v tomto konzorciu viac ako 7 000 riadkov myši.
Predpokladá sa, že cukrovka typu 2 je dôsledkom životného štýlu a genetických predispozícií. Majú podozrenie, že svoju úlohu zohrávajú aj získané vlastnosti, ktoré sa epigeneticky prenášajú na potomka. Ako ste prišli k tejto hypotéze?
Hrabe de Angelis: Od epidemiológov vieme, že existuje obrovský vplyv na životné prostredie. Hlavnú úlohu hrá cvičenie a výživa. Existujú však aj ľudia, ktorí málo cvičia a veľa jedia - a stále zostávajú zdraví. Je tiež zrejmé, že existuje obrovská genetická zložka. Teraz poznáme okolo 400 lokusov, a to je veľmi komplikované. Pretože v mnohých prípadoch o týchto lokusoch nič nevieme. Ktorý gén je ovplyvnený? Je to sekcia kódujúca bielkoviny alebo nekódujúca sekcia? Dá sa však vypočítať, že týchto 400 lokusov a samotné známe faktory prostredia nie sú dostatočné na vysvetlenie rýchleho nárastu cukrovky typu 2 v populácii. Preto sme prišli s epigenetikou. Náš predpoklad bol, že predispozíciu je možné preniesť aj na ďalšiu generáciu, ktorá leží za základnou sekvenciou.
Pred tromi rokmi o tom bol príspevok z vášho ústavu (Nat Genet, 48 (5): 497-9). Kŕmili myši rôzne a potom skúmali svojich potomkov.
Hrabe de Angelis: Súhlasím. V genetike rastlín existuje veľa práce s epigenetickými účinkami naprieč generáciami. Otázkou vždy bolo, do akej miery sa to vyskytuje aj u cicavcov. Pretože tam vlastne prebiehajú dve kolá demetylácie.
Len som sa chcel spýtať: Vždy ste si prečítali, že získané metylácie sa opäť odstránia počas dozrievania zárodočných buniek a že teda existuje epigenetický „reset“.
Hrabe de Angelis: Správne. A tiež existuje demetylácia v skorom embryu. V súčasnosti sú však známe aj jednotlivé výnimky u cicavcov. Demetylácia určite nastáva, ale neviem o nijakej práci, ktorá by jasne a dôsledne ukazovala, že skutočne všetky loci sú opäť demetylované. Teraz skôr vieme, že skutočne existujú možnosti, aby si jednotlivé lokusy udržali svoju epigenetickú modifikáciu v celej zárodočnej línii.
Musia to byť epigenetické mechanizmy? Napríklad vývojoví biológovia v Drosophile pred desiatkami rokov informovali o „materských faktoroch“, ktoré pomáhajú určovať fenotyp potomstva. Vajcová bunka obsahuje mRNA matky, ktorá ovplyvňuje expresiu génov v embryu. Podobné to môže byť aj u ľudí a myší.
Hrabe de Angelis: Pri vývoji embrya cicavca samozrejme hrajú úlohu aj faktory ako prostredie maternice, laktácia alebo mikrobióm. Alebo môže mať vplyv agresívne správanie otcov - existuje veľa z týchto „zavádzajúcich faktorov“. Bol to nápad môjho kolegu Johannesa Beckersa tu v ústave vylúčiť práve tieto rušivé faktory, pokiaľ je to možné. Nechali sme rodičovské zvieratá metabolicky sa vykoľajiť prostredníctvom vysokokalorickej a tukovej stravy a chceli sme zistiť, či sa zmeny, ktoré získali, dajú preniesť do ďalšej generácie. Embryá sme vytvorili pomocou oplodnenia in vitro a nechali sme ich doniesť do termínu zdravými myšami, t. J. U náhradných matiek, aby sme čo najviac vylúčili rušivé faktory. Potom sme sa pozreli: Ako teraz reaguje generácia F1 na určité diéty?
To znamená, že obidve rodičovské zvieratá boli kŕmené vysokokalorickou stravou a ich potomstvo bolo porovnané s potomkami normálne kŕmených kontrolných zvierat.?
Hrabe de Angelis: Áno. Ale toto sme ešte obmieňali a v niektorých testovacích sériách sme kŕmili iba otca alebo iba matku vysokým obsahom tuku. Ak sa potom pozriete na všetky tieto kombinácie, výsledok je úžasný. Jasne vidíme, že potomstvo vysoko kŕmených metabolicky vykoľajených rodičov vykazuje aj zmenený metabolický fenotyp. Ak dáme týmto potomkom stravu s vysokým obsahom tukov, reagujú masívne odlišne ako zvieratá štíhlych rodičov. Vidíme, že niektoré vlastnosti sa dedia viac po otcovi a iné skôr po matke. Nadváha v budúcej generácii prichádza viac-menej v rovnakých pomeroch cez oocyty aj spermie. Naproti tomu účinky na hladinu glukózy v krvi sa silnejšie prenášajú cez materskú líniu.
To znamená, že prostredníctvom oocytovej plazmy môžete vylúčiť klasické účinky na matku - inak by tento vplyv otcových myší neexistoval.
Hrabe de Angelis: Presne preto, že aj keď je vplyv najsilnejší, keď sú obidve rodičovské zvieratá metabolicky vykoľajené: Vidíme, že samotné spermie sú tiež dostatočné na spustenie fenotypu v budúcej generácii. A ako som povedal, vidíme tieto rozdiely. Medzitým môžeme dokonca veľmi presne rozlíšiť profily transkriptomov a určiť, ktoré vplyvy sa prenášajú cez matku a ktoré cez otcovskú líniu. Toto sú doteraz nezverejnené údaje z laboratória Johannesa Beckersa.
A tieto epigenetické informácie sa ukladajú prostredníctvom metylových skupín?
Hrabe de Angelis: Nevieme, či sa to jednoducho prenáša metyláciou. Mohli by sa vložiť aj ďalšie stupne - niekde však treba nájsť molekulárne podpisy. Vypracovať to je veľká práca a na tom práve pracujeme.
Ako dobre sú tieto výsledky myši prenosné na človeka?
Hrabe de Angelis: Výskum metabolizmu ukázal pomerne zreteľne, že veľká časť toho, čo sa skúmalo na hlodavcoch za posledných dvadsať rokov, je veľmi dobre použiteľných pre človeka. Helmholtz Zentrum München a DZD úzko spolupracujú na mnohých štúdiách. Kliník o cukrovke je stále viac a viac a vždy paralelne prebiehajú štúdie na myšiach, jednoducho preto, že môžeme hlbšie preskúmať patofyziológiu orgánov a použiť analýzu omiky. Napríklad sme mali štúdiu s našimi kolegami z DDZ z Düsseldorfu, v ktorej bola položená otázka: Čo sa vlastne stane, keď si dáte jedno jedlo s vysokým podielom nasýtených mastných kyselín, čo sa zhruba rovná dvom Big Macom alebo obrovskej pizze? Pozerali sme sa na to u zdravých ľudí aj u myší. Je jasne vidieť, že fenotypy a patofyziológia sú takmer identické v obidvoch organizmoch (J Clin Invest, 127 (2): 695-708). Vzrušujúce časy pre výskum cukrovky.