U klasické genetiky je potomek ovlivněn oběma kopiemi genu – od maminky i tatínka. Obě „půlky“ jsou aktivní. U imprintingu je jedna polovina „uspaná“. Gen si pamatuje, zda instrukci dostal od maminky, nebo od tatínka a jen jednomu dovolí se projevit.

V klasické genetice dostávají děti dvě kopie genu. Jednu od otce, druhou od matky. Obě z kopií genu potomka formují a rozhodují o tom, jak se bude vyvíjet. U genů podléhajících imprintingu tomu tak ale není. U nich je jedna z kopií genu uspána. Děje se tak pomocí molekulárního vypínače. Instrukce o tom v jaké poloze má vypínač u té či oné poloviny konkrétního genu být pochází od rodičů. Soudí se, že k tomuto procesu uspávacího procesu (imprintingu) – tedy nastavení genu do stavu vypnut nebo zapnut, dochází v době, kdy se pohlavní buňky (vajíčko a spermie) vytvářejí. Výsledkem těchto dějů probíhajících ve vajíčku a ve spermii je to, že u genů, o kterých tady mluvíme, má potomek vždy jasno. Ví podle které poloviny genu se bude řídit. Zda poslechne maminku, nebo zda se spíš lekne tatínka a učiní to, co mu přikázal on. Ač to tak nemusí na první pohled vypadat, geny podléhající imprintingu, jsou velmi důležité. Bez nich není možný vznik nového života. A ještě k tomu jsou zranitelnější než jiné geny. To proto, že mnohem více podléhají vlivům vnějšího prostředí. U „normálních“ genů, když se jim jedna půlka poškodí, tak se většinou nic neděje. Za poškozenou část totiž zaskakuje ta druhá polovina od druhého z rodičů a gen funguje tak jak má. U imprintovaných genů nemá co zaskočit. I když tyto geny se také skládají ze dvou polovin a také mají svojí druhou polovinu, která by teoreticky mohla v nouzi vypomáhat, nikdy se tak nestane. To proto, že ta druhá polovina má molekulárním vypínačem natvrdo zadrátováno, že bude po celý život vypnutá. Prakticky nic na světě ji nepřiměje k tomu, aby za vadného kolegu zaskočila.

 
Není proto velkým překvapením, že mnohé z genů, které podléhají procesu imprintingu, leží v těch oblastech genomu, které souvisí s nemocemi jako je rakovina, diabetes, autismus a sklon k obezitě. Tyto geny jsou velkou výzvou pro naši budoucnost. V jejich poznání se skrývají možnosti nových forem prevence. V budoucnu by pak měly nástroje molekulární genetiky zajistit i netradiční léčbu celé řady nemocí. Nebude se přitom jednat o nápravu genů, tak, jak ji chápeme dnes  - v opravě vadných sekvencí nukleotidových bází. V případě vadných epigenetických genů nepůjde o opravu ve smyslu záměny písmen genetické abecedy, ale půjde o jednodušší řešení vzniklých potíží – o nápravu špatného nastavení přepínače těchto genů. Což by se mohlo dít například enzymaticky a nebo chemickými činidly schopnými navodit metylace a demetylace.
 

Imprintované geny byly, a dosud jsou, jakýmsi mystériem. Neřídí se pravidly klasické genetiky a jejich odhalování je proto složité. Nově vytvořená mapa těchto genů je tedy základním počinem. Vzniká tu jakási příručka, podle které se v budoucnu budou řídit ti, jež nám budou udržovat naše tělesné schránky v dobrém stavu. Nejen to. Takovou cestovní mapu ocení i ti, v jejichž povinnostech bude se starat aby i naše mysl byla v pohodě.

Rosetská deska líčí uvedení Ptolemaia a Kleopatry na trůn. Nápis na Rosetské desce je psán dvěma jazyky (egyptštinou a řečtinou) a třemi druhy písma. Princip luštění nápisů na této bazaltové stéle nalezené v roce 1799 důstojníkem Napoleonovy armády v západní části delty Nilu, posloužil nyní genetikům při jejich bádání v oblasti „genů nejistých“ – genů, jež podléhají procesu imprintingu neboli umlčování. Deska je dnes v Britském museu.

Odhalování imprintovaných genů se přeneslo z laboratoří do království počítačových mágů. Technici krmí počítače pořadím nukleotidových  sekvencí, přičemž odděleně se vkládají údaje o genech o nichž již nyní bezpečně víme, že imprintingu podléhají. V protikladu k nim se vkládají sekvence těch genů, o nichž zase bezpečně víme, že procesu imprintingu nepodléhají. Dál už se řešení ujímá „chytrý počítač“. Jeho zvláštností je program, který je schopen sám sebe učit. Jde o obdobu procesu luštění textů z neznámého písma, při čemž se využívá útržků, jejichž význam je znám. V takovém textu si počítač sám zjišťuje zákonitosti a dovoluje tak vyluštit význam zbylých neznámých slov a vět.

Zvětšit obrázek

Randy L. Jirtle, velká osobnost současné genetiky. Na myším modelu ukázal, že i geneticky zcela shodné myši (se zcela totožným pořadím nukleotidů) se mohou lišit v barvě srsti, náchylnosti k obezitě, diabetes, leukémii a dokonce i o chování. Poskytl tak důkazy o změně chování našich genů, a také o tom, že geny se mění následkem chování nás samotných. (Duke University Medical Center)

Alexander Hartemink, jeden z hlavních autorů studie proto přirovnává tento způsob čtení významu „slov“ v lidském genomu ke způsobu čtení slov na slavné Rozetská desce a komentuje jejich počin tak, že „počítač nejprve dlouho pracoval a nakonec vyplivnul výsledky i pro další lokality v celém lidském genomu.“ Podle Harteminka jejich studie zřejmě neodhalila všechny geny, které imprintingu podléhají. Mělo by ale jít o jejich většinu.

Další z velikánů dnešní genetiky jež se na projektu podílel je Randy Jirtle. Jirtle k výsledkům studie dodává, že zde propírané imprintingu podléhající geny,  jsou jen částí širšího spektra genů, jejichž funkčnost nezávisí jen na jejich nukleotidové sekvenci. Jinak řečeno, genů, jejichž podobné „vypínače“ nesouvisí s pohlavím rodičů, je hodně.  Kromě imprintovaných genů, které mají vtisknuto od kterého z rodičů do zárodku přišly, existují další geny, jejichž účinek rovněž nezáleží na sekvenci nukleotidů a které také podléhají jevu zvanému epigenetika, při které se funkčnost genu řídí tím, do jaké míry je gen metylován. Imprintované geny jsou ale ze všech epigeneticky ovlivňovaných genů, ty nejrizikovější. Je to proto, že jsou vnímavější na vnější prostředí.

Imprinting je z bádání na modelových organismech znám poměrně dlouho. Přesto bylo u člověka těchto genů zatím identifikováno jen několik desítek. Pomocí počítačového programu přičemž jako „Rozetská deska“ sloužilo právě těchto čtyřicet již známých genů. Tým z Duke University přišel na to, že máme podobných genů víc. Že jich není jen čtyřicet ale že jich je nejméně 156. Za jedny z nejzajímavějších z nově odhalených genů Jirtle a Hartemink považují geny na chromosomu 8. Na tomto lidském chromosomu se zatím žádný z imprintovaných genů nepředpokládal. Nyní se ukázalo, že gen nazvaný KCNK9, je velice aktivní v mozku. Způsobuje nádorové bujení a je v podezření, že se také účastní při poruchách rozdvojení osobnosti a jako příčina epilepsie. Druhý z odhalených genů se jmenuje DLGAP2. Ten má zase pod palcem tlumení rakoviny močového měchýře.    

A nakonec jedna špatná zpráva. Autoři nemohou u všech  zjištěných 156 genů se stoprocentní jistotou říci, že se skutečně jedná o geny podléhající imprintingu. Je to jen výsledek představující vysokou míru pravděpodobnosti, kterou stanovil inteligentní počítačový program. Inu, ne nadarmo je epigenetika označována za „genetiku dosti nejistou“. Bez ohledu na tuto nelichotivou nálepku, je to zároveň oblast, ve které nás v budoucnu čeká více objevů než v oblasti genetiky klasické, zabývající se jen pořadím nukleotidů v genech.

Poznámka: Imprintingem a epigenetikou se podrobně zabývá ve své přednášce profesor Vyskot. Nahrávku jeho přednášky, kterou měl na 2. lekarské fakultě UK, Ústavu obecné biologie a lekarske genetiky v Motole si můžete poslechnout v rubrice Audio video.

Pramen: Duke University Medical Center (2007, November 30).