Každá buňka našeho těla hostí zhruba stovku genetických „skokanů“. Ti nám sice ještě před narozením posilují mozek, ale s přibývajícím věkem se vymykají kontrole a vyvolávají neduhy stáří, rakovinu a další zdravotní komplikace.
Dědičná informace člověka může budit dojem solidní dálnice, na které jen tu a tam vznikne výmol poté, co autostrádu v podobě dvojité šroubovice DNA zasáhlo nebezpečné záření nebo byla vystavena účinku zhoubné chemikálie. Tyto „díry“, označované jako mutace, stojí v pozadí dědičných chorob i zhoubných nádorů.
Zdání ale klame a na silnici lidské DNA panuje mnohem čilejší ruch. Pohybují se po ní genetičtí všudybylové, známí jako transpozony a označovaní také jako „skákající geny“.
Sobečtí skokani
Jsou to sobci. Neberou ohledy na prospěch buňky, tkáně, orgánu či celého lidského organismu. Jde jim jen o to, aby se co nejvíc namnožily. Někdy je lidský organismus dokáže zaměstnat a využívá je ke svému prospěchu. Jindy nad nimi ztrácí kontrolu a pak má pro člověka poskakování těchto genetických sobců v DNA neblahé důsledky.
Objev transpozonů je spjat se svéráznou americkou genetičkou Barbarou McClintockovou. Laureátka Nobelovy ceny za rok 1983 objevila skákající geny v dědičné informaci kukuřice už počátkem 50. let minulého století. Trvalo však celá desetiletí, než vědecký svět její objev plně docenil. A mnohá tajemství transpozonů odhaluje věda až nyní.
O sveřeposti skákajících genů svědčí fakt, že ze tří miliard písmen genetického kódu, jimiž má člověk do DNA zapsanou dědičnou informaci, zabírají transpozony nebo jejich zbytky bezmála polovinu.
K nejzarputilejším „skokanům“ lidského genomu patří transpozon LINE-1. Každá z bilionů buněk lidského těla ho má ve své DNA v půl milionu kopií. Mnohé z nich jsou pro buňku „nečitelné“, ale zhruba stovka transpozonů LINE-1 se má stále čile k světu a čeká na příležitost, kdy si bude moci v genomu člověka zaskotačit. Transpozony LINE-1 jsou do DNA vepsány asi 6000 písmeny genetického kódu. Tak jako jiné geny, i LINE-1 slouží jako předloha pro vytvoření jednoduché šroubovice kyseliny ribonukleové (RNA). A stejně jako v případě jiných genů vytváří buňka podle instrukce RNA molekuly bílkovin. Bílkoviny tvořené podle normálních genů obětavě slouží buňce. Bílkoviny vytvořené podle instrukce transpozonu LINE-1 sledují výhradně zájmy skákajícího genu. Právě ony mu jeho „hopsání“ dědičnou informací umožní. Tyto bílkoviny také zajistí, že se podle jednoduché šroubovice RNA opět vytvoří dvojitá šroubovice DNA. Ta je perfektní kopií LINE-1 sedícího v dědičné informaci. Genetický „dvojník“ je zcela volný a cestuje buňkou bez omezení. K ruce má „své“ bílkoviny, které pro něj vytvoří v dědičné informaci „díru“, a do té se kopie LINE-1 vmáčkne. Transpozon LINE-1 jako kdyby přeskočil na nové místo. Ve skutečnosti se na nové adrese zabydlelo jeho dvojče, zatímco předloha neopustila svou původní pozici.
V mozku povoleno
Při svých skocích se transpozon LINE-1 nestará, kam jeho dvojník v dědičné informaci dopadne a jakou škodu tam napáchá. Když přistane uprostřed jiného genu, může ho úplně zničit. Jindy dosedne do blízkosti genu a výrazně ovlivní tempo jeho práce. Postižený gen „sešlápne brzdu“ nebo naopak „přidá plyn“. Po nahromadění většího počtu kopií skákajícího genu je daný úsek dědičné informace zranitelnější a náchylnější k dalším typům poškození. To vše může mít pro organismus vážné následky.
Buňky se škodám páchaným transpozony brání. Z celkem pochopitelných důvodů jsou proti nim důkladně obrněné pohlavní buňky – vajíčka žen a spermie mužů. Jakýkoli defekt v jejich dědičné informaci by se přenášel na potomka au něj by se projevil ve všech buňkách těla. Výsledkem by mohlo být těžké postižení nebo by se potomek vůbec nenarodil.
Někdy však naše tělo rádo pustí transpozony z řetězu a dopřeje jim volný pohyb. Čilý ruch transpozonů panuje například ve vyvíjejícím se lidském mozku. Skákající geny se pohybují dědičnou informací budoucích mozkových neuronů a dělají to, co jim jde ze všeho nejlépe. Vytvářejí své „dvojníky“ a ti naskakují do „děr“ v DNA, které si samy pro sebe připravily. Odhaduje se, že v jednom neuronu může transpozon skočit až na 800 nových míst.
Člověk má v dospělosti v mozku přes 80 miliard neuronů. „Odvázané“ transpozony významně přispívají k tomu, že ani dva neurony nejsou vybaveny úplně stejnou dědičnou informací. Mozek tak disponuje podstatně pestřejším sortimentem DNA, než kdyby jeho buňky poslušně ponechaly dědičnost bez jakýchkoli změn.
Mozku to na výkonnosti neubírá. Naopak. Mnozí z nás zřejmě vděčí za jedinečné schopnosti či povahové rysy právě tomu, jakou směs variant dědičné informace jim transpozony namíchaly ve formujícím se mozku. V důsledku poskakování transpozonů se může významně lišit i funkce mozku jednovaječných dvojčat, která dostávají do vínku totožnou dědičnou informaci.
Ochránce mládí
Jak přicházíme do let, ostražitost našich buněk vůči nebezpečí skákajících genů polevuje. Transpozony se vymaní z obranných mechanismů a začnou poskakovat. Dědičnou informaci tak uvádějí do stále většího chaosu. Buňky ztrácejí na výkonu a to citelně poznamenává práci tkání a orgánů. My tyto změny pociťujeme jako příznaky stárnutí. A tak se nabízí otázka: Nemohli bychom narůstající transpozonový kvas v buňkách nějak utlumit? Neprodloužili bychom si tak život a nebyli bychom i v seniorském věku zdravější?
Genetického skokana LINE-1 drží v buňkách na uzdě pozoruhodné bílkoviny označované jako sirtuiny. Konkrétně sirtuin s pořadovým číslem 6 se umí navázat na dědičnou informaci v místě skákajícího genu LINE-1 a spustí tím omotávání dvojité šroubovice DNA dalšími bílkovinnými molekulami.
Skákající gen je pod nimi „pohřben“ a do skoku mu rozhodně není. Proto je sirtuin 6 považován za významného ochránce mládí. Jeho pověst potvrdily i výsledky pokusů, v kterých vědci vyřadili myším z činnosti gen pro produkci sirtuinu 6 a u zvířat pak pozorovali urychlený nástup zdravotních problémů typických pro seniorský věk. Naopak když genetici donutili gen pro sirtuin 6, aby „přidal plyn“, měla zvýšená produkce této bílkoviny na organismus hlodavců omlazující účinky.
Sirtuin 6 je znám jako molekula chránící před zánětlivými procesy, nádorovým bujením, poruchami metabolismu a mnoha dalšími problémy spojenými se vznikem civilizačních chorob a příznaky stárnutí. Kromě jiného má za úkol také dirigovat opravy poškozené DNA. S tím, jak stárneme, objevuje se nám v dědičné informaci stále více defektů a sirtuinu 6 přibývá práce. Nakonec je jeho molekula natolik zaměstnaná odstraňováním chyb v DNA, že už skákající geny neuhlídá. Transpozony se pustí do své „skočné“ a v dědičné informaci působí spoušť.
Ve stáří je znovu do skoku i transpozonům v mozku. Zatímco v době, kdy se mozek teprve formoval, bylo rozrůznění dědičné informace neuronů přínosné, v seniorském věku už probuzené transpozony mozku mnoho pozitivního nepřinášejí. Nejvíce se jim líbí v okolí genů zajišťujících základní funkce neuronů, například přenos nervových vzruchů.
S ohledem na to, jak s přibývajícími roky stále více zapomínáme, asi nepřekvapí, že si LINE-1 vede zvláště čile v části mozku zvané hipokampus, která je klíčová právě pro ukládání informací do paměti. Pokud se transpozony vy mknou v mozku z kontroly v nižším věku, může jimi nastolený chaos vyústit ve vážná onemocnění, jako je například schizofrenie. Poskakování transpozonů nabývá s věkem na intenzitě i v játrech nebo ve svalech. Také tyto orgány proto ve stáří významně ztrácejí na výkonu.
Prostředky pro „uzemnění“ transpozonů LINE-1 se rýsují jako nadějné léky na nejrůznější neduhy stáří. U člověka samozřejmě nelze zvolit tak přímočaré řešení, jaké si mohou dovolit genetici u laboratorních myší, když přímým zásahem do dědičné informace zvýší produkci sirtuinu 6. Naštěstí známe řadu látek, které mají na produkci sirtuinů včetně toho s číslem 6 podobný účinek.
Patří k nim třeba nikotinamidadenindinukleotid. Tato molekula odvozená od vitaminu PP tvoří významnou součást mnoha enzymů důležitých pro látkovou výměnu v buňkách. V pokusech na laboratorních zvířatech už se nikotinamidadenindinukleotid ukázal jako látka potlačující neduhy stáří a prodlužující život. Transpozony však udrží „při zemi“ i omezení příjmu energie s potravou. V poslední době byly zveřejněny studie dokazující, že snížená konzumace kalorií zabírá nejen u pokusných zvířat, ale také u lidí. „Hladová cesta“ ke zdravějšímu stáří a delšímu životu však láká málokoho, a tak vědci pátrají po látkách, které by tento efekt nastolily i bez asketického odříkání.
Autor je biolog, profesor České zemědělské univerzity, pracuje ve Výzkumném ústavu živočišné výroby
LN, 14.4.2018