Polovinu jaderné dědičné informace přináší potomkovi spermie oplozující vajíčko. To však není zdaleka vše. Dlouho jsme věřili, že mitochondrie s jejich DNA předává potomkům jen matka ve vajíčku. Z tohoto omylu nás vyvedly ne tak vzácné případy, kdy potomci dědí mitochondrie i od otce a na další generace je přenášejí nejen jejich dcery, ale i synové.

Myšky, jejichž bílé ocásky popřely základní dogma genetiky viz OSEL 2006. (Kredit: Nature).

Dědičná informace spermie je sice inaktivní a nevznikají podle ní nové molekuly kyseliny ribonukleové (RNA), ale to neznamená, že by spermie molekuly RNA nenesly. Ty někdy umí natropit s dědičností nehezké kousky, když se chovají jako geny a přenášejí některé vlastnosti z generace na generaci, i když vloha uložená v DNA už z dědičné informace zmizela. Kdo nevěří, může si přečíst na Osel.cz dvacet let starý článek „Dědičnost i bez genů“ o paramutacích u myší.

Tzv. malé nekódující RNA se staly hitem epigenetiky a i tyhle molekuly ve spermiích najdeme. Stojí v pozadí dědičnosti, která jako kdyby z oka vypadla teoriím Jeana-Baptisty Lamarcka o dědičnosti získaných vlastností. Známá je studie o myšácích, kteří byli vystaveni silnému stresu a jejichž potomci pak vykazovali změněnou reakci na stresové podněty. Vystresovaní otcové ukládali do spermií 9 různých malých nekódujících RNA a tím měnili reakci potomků na stres. Když vědci přidali tyto malé nekódující RNA ke spermiím nestresovaných myšáků a oplodnili s nimi myší vajíčka, rodili se z takto vzniklých embryí myšky se změněnou reakcí na stres. Podobně přenášejí malé nekódující RNA ve spermiích z otce na potomky i sklony k obezitě nebo výsledky cvičení.

Redakční exkurz aneb abychom si rozuměli:

Jean Baptista Lamarck, francouzský přírodovědec, autor evoluční teorie zvané lamarkismus. (Portrét z roku 1802 od Charlese Thévenina).

Lamarckismus předpokládá, že organismy pod vlivem prostředí směřují k vytváření stále složitějších a dokonalejších adaptivních forem a že znaky získané během života organismu jsou dědičné a přenášejí se bezprostředně na další generaci. V této myšlence se zásadně liší od široce akceptovaného darwinismu. Lamarckismus dnes není obecně přijímanou teorií.

Charles Darwin – autor teorie odporující lamackismu. (Autorka: Julia Margaret Cameron).

Podle darwinismu je jediným mechanismem evoluce přirozený výběr. Na tom staví i takzvané „centrální dogma molekulární biologie“, čímž se míní přepis mezi nukleovými kyselinami a překlad z RNA do proteinů. To znamená nemožnost toku informací z bílkovin do nukleových kyselin, a zanášení změn v organismu zpět do genetické informace. Jinak řečeno - popření základního předpokladu teorie lamarckismu (předpokládajícího, že se získané vlastnosti a dovednosti dědí).

Natalie A Trigg, evoluční bioložka, první autorka studie. Kredit: University of Newcastle.

Tým vedený Colinem Coninem z University of Pennsylvania nyní rozšířil spektrum „nákladů“ přenášených spermiemi z otce na potomky o kódující molekuly messengerové RNA (mRNA). Vědci o tom referují ve studii zveřejněné v časopise Nucleic Acids Research.

Colin C. Conine, vedoucí výzkumného kolektivu. (Kredit: Penn Epigenetics Institute, University of Pennsylvania).

V hlavní roli epididymosomy

Dozrávající spermie se při průchodu nadvarletem dostává do kontaktu s váčky, které se oddělují od buněk nadvarlete.

Tyto tzv. epididymosomy splývají se spermií a vnášejí do ní svůj obsah. Tak putují do spermie i malé nekódující RNA.

Nikoho však nenapadlo, že by stejnou cestou spermie nabíraly také instrukce pro syntézu bílkovin v podobě mRNA.

Vědci byli přesvědčeni, že by to mRNA „nepřežila“. Přesně k tomu ale dochází.

Tyto mRNA sice chybí v neoplozeném vajíčku, ale objeví se v něm po oplození spermií.

Schéma pokusu dokazujícího přenos mRNA z nadvarlete do spermií (následně do zygot), zajišťují v raném embryu regulaci genů. (Kredit: N.A. Trigg et al. Nucleic Acids Research, 2026).

Z toho je zřejmé, že spermie skutečně předává své mRNA potomkovi a ten si podle nich může už v raném embryonálním vývoji syntetizovat bílkoviny, jež by mu jinak byly odepřeny. Embryonální genom je v počátečních fázích vývoje v drtivé většině neaktivní a nové mRNA se podle jeho genů nevyrábějí.

Spustit animaci

Ukázka techniky mikroinjekce, kterou v Conineho laboratoři testují, jak RNA přítomné ve spermiích přenáší negenetické informace svým potomkům a ovlivňují tak jejich fenotyp. Další animace animace zde. (Kredit: Conine lab).

Proč je zrovna tenhle fenomén důležitý? Exprese genů v nadvarleti je ovlivněna stavem organismu a jeho reakcemi na vnější podmínky, tedy třeba na to, zda je otec obézní, jestli je vystaven nějakým škodlivým látkám atd. V závislosti na tom se může spektrum mRNA ukládaných do spermií lišit. A to pak může ovlivnit vývoj embrya.

O tom, že nejde o čirou spekulaci se Conine a spol. přesvědčili v experimentu, v kterém vnášeli do myších embryí vzniklých partenogenezí (tedy z neoplozeného vajíčka) molekuly RNA. Aktivita genů v takto ošetřených partenogenetických embryích připomínala aktivitu genů embryí vzniklých normálním oplozením. Conine a spol. nepoužili přímo mRNA, jež spermie naberou ve varlatech, protože jejich izolace v dostatečném množství se jim nedařila. I tak ale z experimentu vyvozují závěr, že mRNA ze spermie má na embryo a aktivitu jeho genů významný vliv.

Co platí pro myši, často neplatí tak úplně i pro člověka. Proto se Conine se svými spolupracovníky pustil do analýz lidských spermií. Našli v nich podobné spektrum mRNA, jaké se vyskytuje ve spermiích myšáků. A tak se dá předpokládat, že i Homo sapiens předává z otce na potomky mRNA jako návod na syntézu bílkovin v embryu. Nakolik se můžou poruchy v tomto procesu podílet na lidské neplodnosti ukáže další výzkum.

Pramen:

Trigg, N. A., Lee, G. S., Leach, A. G., & Conine, C. C. (2026). Epididymal extracellular vesicles harbor and convey mRNA to sperm for transfer to zygotes. Nucleic Acids Research, 54(7), gkag330.

987c23_0ce8081ffe1b4029a7e77887bedecb52~mv2.gif