Během embryonálního vývoje nastává podstatný moment: dvě vysoce rozlišené buňky - vajíčko a spermie - se přemění na buňky, z nichž může vzniknout budoucí organismus. Podmínkou je, že se změní na blastomery, což jsou transkripčně aktivní a totipotentní buňky, ve kterých se opět nastartuje transkripce, tedy přepis nové RNA z DNA matky i otce.

Tento náročný proces je spojen s přizpůsobením buněčného cyklu, včetně prodloužení nebo zkrácení mezer mezi jednotlivými děleními. "Tyto procesy probíhají u dvoubuněčných myších embryí v tzv. G2 fázi, která je u nich prodloužená až na 16 hodin. Dokázali jsme, že právě prodloužení této fáze, která nastává po zdvojení genetické informace před dalším dělením, je zcela zásadní pro ochranu celistvosti DNA v embryích - její zkrácení má fatální následky vedoucí k zániku embrya," popisuje výsledky práce vedoucí vědeckého týmu Dávid Drutovič z Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AV ČR.

Uspíšený nástup dalšího buněčného dělení vede k neplodnosti

Zejména u savců dosud nebylo známo, co změny délky buněčného cyklu reguluje a jak tato regulace chrání DNA buňky před poškozením. "My jsme zjistili, že extrémně dlouhou G2 fázi u dvoubuněčných embryí reguluje protein CHK1 známý jako checkpoint kináza 1, a hraje tak zásadní roli v načasování, kdy buňky přejdou do další fáze dělení. Embrya, která měla odstraněný CHK1 protein, měla tuto G2 fázi výrazně zkrácenou a začala se dále dělit mnohem dříve. Právě toto uspíšené dělení mělo zásadní význam na kvalitu DNA. Rychleji se dělící embrya totiž měla v drtivé většině poškozenou DNA nebo u nich došlo k poruchám v rozdělení množství DNA do dceřiných buněk, což vedlo ke zhoršenému vývoji a zániku embrya," vysvětluje Dávid Drutovič.

Tento zcela zásadní objev v pochopení řízení správného dělení buněk při vzniku nového embrya je významným krokem vpřed ve vědeckém poznání v oblasti embryonálního vývoje a buněčné regulace. Může tak otevřít nové cesty k léčbě reprodukčních poruch a vývojových onemocnění. "Naše výsledky mohou mít podstatný význam pro pochopení příčin neplodnosti u lidí. Věříme, že je v budoucnu půjde převést i do praxe v centrech pro asistovanou reprodukci," dodává Dávid Drutovič.

Nepostradatelná role SPIM mikroskopie v odhalení prodloužené G2 fáze u embryí

Vědcům tento významný objev umožnila kombinace pokročilé mikroskopické technologie nazývané SPIM (Single Plane Illumination Microscopy) a genetického modelování myší. SPIM je metoda mikroskopie, díky níž lze pozorovat vzorky s vysokým rozlišením a zároveň minimalizovat jejich poškození způsobené expozicí světla.

Odborníci technologii upravili speciálně pro pozorování vývoje savčích vajíček a embryí, což jim umožnilo dosáhnout násobně vyšší přesnosti a prodloužené doby pozorování ve srovnání s klasickými konfokálními mikroskopy.

"Díky této unikátní technologii, kterou máme na našem pracovišti k dispozici, jsme mohli odhalit prodlouženou G2 fázi u dvoubuněčných embryí. Zároveň jsme využili speciálně upravený kmen myší, který měl odstraněný protein CHK1, díky čemuž jsme odhalili, že tento protein je klíčový pro načasování dělení v buňce, a mohli studovat následky zkrácení G2 přípravné fáze na kvalitu DNA v embryích," popisuje Dávid Drutovič unikátní vybavení.