**Ještěrky: Skrytí mistři regenerace a dlouhověkosti**
V oblasti lékařského výzkumu se dr. Maximina Yun z Čínských institutů pro lékařský výzkum v Pekingu (CIMR) zabývá studiem pozoruhodných tvorů: mloků. Tato skupina obojživelníků, do níž patří i axolotli, nás uchvacuje nejen svým roztomilým vzhledem, ale především svými výjimečnými regeneračními schopnostmi, kterými mezi obratlovci vynikají. Dokáží obnovit celé orgány i končetiny.
Mlokům je také připisována mimořádná délka života v poměru k jejich tělesné velikosti. Zatímco axolotli se dožívají kolem dvaceti let s minimálním známky stárnutí, jeskynní mloci se mohou pyšnit neuvěřitelným maximálním věkem přes sto let. Studium těchto fascinujících zvířat není snadné, ale potenciální přínosy pro vědu jsou obrovské. S dr. Yun jsme hovořili o její fascinaci těmito tvory a o tom, jak bychom mohli jejich fenomenální adaptace využít ve prospěch lidí.
**Cesta k gerověědě a její význam**
Dr. Yun se k gerovědě (vědě o stárnutí) dostala díky svému zájmu o opravu DNA. Během doktorátu se zaměřovala na mechanismy stability genomu a buněčnou plasticitu, což ji nakonec přivedlo k postdoktorálnímu výzkumu v laboratoři Jeremyho Brockese. Zde začala pronikat do tajů buněčné plasticity, která je pro regeneraci mloků klíčová.
Práce s tímto modelem ji postupně vedla k poznání, že mloci nabízejí jedinečnou příležitost pro pochopení souvislostí mezi regenerací a stárnutím. Jedním z hlavních důvodů je to, že mloci jsou dlouhodobě považováni za organismy s minimální senescencí (stárnutím). To je podloženo studiemi mortality, které ukazují, že míra úmrtnosti se s věkem u mloků nezvyšuje, což dosud platí pro všechny studované druhy.
Rané výzkumy dokonce uváděly, že je obtížné určit stáří mloka – nelze rozlišit ročního či dvouletého jedince od dvacetiletého. Tato skutečnost představovala pro dr. Yun velký potenciál. Stárnutí je navíc jedním z nejpalčivějších problémů 21. století. Pro ni jako bioložku však bylo největším lákadlem propojení buněčné plasticity s regenerací a stárnutím a pochopení, jak tyto dva zásadní procesy interagují.
**Mlokové: Model s neuvěřitelnými schopnostmi**
Mlokové jsou skutečně výjimeční obojživelníci, blízce příbuzní například s drápatkami (Xenopus). Zatímco drápatky během dospělosti ztrácejí schopnost regenerace, mloci si ji zachovávají bez ohledu na to, zda prošli metamorfózou. U všech dosud studovaných druhů mloků byla zaznamenána schopnost regenerovat různé tkáně. Předpokládá se, že již předkové mloků byli schopni regenerace. Existují zkamenělé záznamy z Německa (Pfalz), které zachycují prastaré mloky v různých stádiích regenerace, což dr. Yun vždy fascinovalo.
Tato schopnost je mezi obratlovci pozoruhodná. Mlokové jsou jediní čtyřnožci, kteří si jako dospělí dokáží obnovit téměř celé končetiny. Mohou regenerovat i části mozku – v experimentech s mloky bylo zjištěno, že po odstranění poloviny optického tekta se tkáň obnoví, byť to trvá přes šest měsíců.
Dále jsou schopni regenerovat vaječníky. Výzkum Yuliie Haluzy v axolotlí kolonii v Drážďanech, který sledoval tisíce páření po dobu 15 let, naznačuje, že axolotli si zachovávají plodnost po celý život, což odpovídá jejich extrémní odolnosti vůči stárnutí.
Dokáží obnovit až třetinu srdce, ocas včetně míchy, čelistní kosti a žábry. To je opravdu mimořádné. Dokonce regenerují i struktury, které již aktivně nevyužívají. Například axolotl nikdy neprojde metamorfózou, ale dokáže si obnovit plíce, přestože je nikdy nebude používat k dýchání na souši. To je zajímavý příklad tzv. reziduální regenerace, která není nutně vázána na užitečnost.
**Překonání limitů regenerace**
Přestože mloci excelují v regeneraci, existoval limit: ve všech známých případech (s výjimkou rohovky u mloků, což je specifický případ) bylo pro obnovu tkáně zapotřebí jejího zbytku. Laboratoř dr. Yun však nedávno objevila, že hranice regenerace lze posunout dále. Axolotli dokáží regenerovat brzlík (thymus) de novo, tedy zcela od začátku. To je první známý příklad složitého orgánu, který si u obratlovců dokáže obnovit kompletně. To je vzrušující objev, který otevírá zcela nový pohled na regeneraci a zdůrazňuje potenciál tohoto modelu pro budoucí výzkum.
Tento objev pokládá klíčové otázky i ohledně stárnutí: podléhá brzlík u axolotlů s věkem involuci (zmenšování a zániku) podobně jako u savců? Je jeho věková homeostáza (rovnováha) posílena regeneračními schopnostmi? A jak vlastně stárne organismus s takovou regenerační silou? Před námi leží mnoho vzrušujících výzkumných cest.
**Paměť a učení po regeneraci mozku?**
Zda se po regeneraci mozku u mloků zachovává paměť a schopnost učení, zatím nevíme. Do nedávna nebylo možné mloky plně experimentálně zkoumat. Například genom axolotla byl sekvenován až v roce 2018 a první sestavení chromozomů španělského mloka (nejlépe studovaného modelu mloka) bylo zveřejněno teprve v roce 2025. Ve srovnání s jinými modelovými organismy je to velmi nedávno. To však znamená, že nyní můžeme plně využít širokou škálu nástrojů dostupných pro tradičnější systémy. Několik výzkumných skupin nyní vyvíjí metody pro testování paměti u axolotlů i mloků a všichni s napětím očekávají výsledky.
**Genom mloků: Obří a složitý**
Genom mloků je přibližně desetkrát větší než lidský genom. Důvodem jsou komplikace spojené s tzv. genomovým gigantismem, který je u většivých mloků rozšířen. Hlavní příčinou jsou masivní expanze repetitivních elementů, nikoli duplikace genomu (axolotl i iberský mlok jsou diplodní). Vzhledem k jejich extrémní velikosti a vysoké repetitivnosti nefungovaly standardní sekvenační metody. Pokrok v technologiích sekvenování, zejména sekvenování dlouhých čtení pomocí PacBio, toto konečně umožnil.
**Stárnutí a regenerace: Propletené nitky**
Přestože mloci představují poměrně nový model pro gerovědu, obvykle se dožívají vysokého věku. Různí mloci se však dožívají velmi rozdílně. Axolotli se v průměru dožívají 10 až 13 let, s maximem kolem 20 až 21 let. Mloky žijí podstatně déle a jeskynní mloci (Proteus anguinus) se dožívají přes 100 let. Všichni jsou svým způsobem „odlehlí“ v délce života vzhledem k jejich velikosti.
Z našich kolonií máme údaje o 21letém axolotlovi, jednom z nejdéle žijících. U takto dlouhověkých modelů je obtížné provádět studie. U mloků existuje mnoho studií „odchytu a zpětného označení“ v přírodě. Důležité je, že ve všech případech, kdy byl zkoumán druh mloka z hlediska délky života, bylo zjištěno jedno: míra úmrtnosti se s věkem nezvyšuje.
**Minimální senescence a molekulární mechanismy**
To je přesně to, co nazýváme minimální senescencí. Vztahuje se k tomu, že při studiu několika druhů nebyl zaznamenán nárůst úmrtnosti s věkem. Na molekulární úrovni však o tomto jevu mnoho nevíme, a právě zde nastupuje práce laboratoře dr. Yun. V rámci rozsáhlého projektu se charakterizují mechanismy stárnutí těchto zvířat a to, jak se liší od senescentních druhů, jako jsme my.
**Vztah mezi regenerací a minimální senescencí**
Toto je přesně to, čím se nyní zabýváme. První pokus o zodpovězení této otázky spočíval ve vývoji epigenetických hodin ve spolupráci s týmem Steva Horvatha. Zjistili jsme, že jsme schopni vytvořit epigenetické hodiny pro axolotly do čtyř let věku, což odpovídá jejich ranému životu. Po této době se epigenom zdá stabilizovat, což je dosud nepozorovaný jev, který by mohl souviset s rysy minimální senescence.
Pro část hodin, která funguje po čtyřech letech, jsme se ptali, co se děje s končetinami nebo ocasem po několika regeneračních cyklech. Odpověď zněla: pokud porovnáme přední končetinu, která se třikrát regenerovala, s kontralaterální končetinou, která se nikdy neregenerovala, ta, která se třikrát regenerovala, je epigeneticky mladší z hlediska věku DNA methylace než kontralaterální končetina.
To naznačuje, že s regenerací mohou být spojeny jisté omlazovací procesy, což je vzrušující, protože se děje v přirozeném prostředí. Tento organismus to dokáže přirozeně, bez umělé reprogramace pomocí Yamanaka faktorů. To otevírá mnoho otázek, na které se snažíme odpovědět. Epigenetické a další nástroje, které nyní vyvíjíme, nám pomohou poskytnout důležité odpovědi týkající se propojení regenerace a stárnutí.
**Role senescentních buněk v regeneraci**
Buněčná senescence se objevuje při každé regeneraci končetiny. Vyskytuje se v určitých fázích regenerace a přispívá k jejímu podpoře, zejména sekrecí faktorů (např. Wnt signály), které podporují plasticitu (u mloků) nebo proliferaci (růst) okolních buněk (u axolotlů). Jak regenerace postupuje, tyto procesy nemohou trvat věčně. Pozorovali jsme, že počet senescentních buněk klesá s postupem regenerace končetiny. To závisí na odstraňování imunitním systémem, zejména makrofágy.
**Senescence a hojení ran: Srovnání s lidmi**
Není zcela jasné, zda se jedná o příbuzné mechanismy. Podle prací Marca Demaria a Judith Campisi, kteří odhalili roli senescence při hojení ran, senescentní buňky u savců vylučují faktory (např. PDGF), které podporují rychlejší migraci buněk pro uzavření rány. To se liší od mechanismu pozorovaného u mloků, kde senescence podporuje tvorbu a proliferaci progenitorových buněk blastemu.
Zda jsou tyto mechanismy příbuzné, není jisté. Zda existují společné rysy mezi „beneficiální“ senescencí u mloků a „negativní“, prozánětlivou senescencí pozorovanou u stárnutí, je velmi zajímavá otázka. Tuto problematiku bychom rádi dále prozkoumali s kolegy v oboru.
**Efektivní mechanismy odstraňování senescentních buněk**
Odstraňování senescentních buněk u mloků je velmi účinné. Nejenže dynamika regenerace vede k tomu, že regenerované končetiny neobsahují žádné senescentní buňky (nelze je najít), ale ani se tam nezdržují. Ani pár buněk, což je pozoruhodné. Víme, že pro jejich odstranění jsou zapojeny makrofágy, ale o více informací se zatím neví. Zde se nabízí skvělá příležitost prozkoumat základy efektivních mechanismů odstraňování, které by mohly informovat strategie pro zlepšení odstraňování u savců.
**Regenerace vs. vývoj: Odlišné přístupy**
U vyvíjejícího se zárodku končetiny senescentní buňky nenajdeme. Pokud však indukuje regeneraci v tomto vyvíjejícím se zárodku, senescentní buňky se objeví. Regenerace se proto od vývoje liší. Nelze ji považovat za jeho plnou rekapitulaci. Existuje mnoho rozdílů. Intervence a využití senescentních buněk jsou odlišné a existuje mnoho dalších aspektů. Jistě, některé programy pro obnovu struktury jsou zachovány mezi vývojem a regenerací, ale existuje mnoho rozdílů, zejména na začátku procesu.
**Dediferenciace a transdiferenciace: Mistrovství v buněčné identitě**
Mlokové jsou mistry v regulaci buněčné identity a plasticity. Buňky přesně vědí, čím jsou, a když se vrátí do původního stavu, nikdy nezapomenou. Při regeneraci končetiny vazivová tkáň dává vzniknout pouze vazivové tkáni; sval dává vzniknout pouze svalu.
Například u mloků vzniká svalová tkáň dediferenciací. I když sval vzniká dediferenciací, vzniklé progenitorové buňky si nikdy plně neztratí své svalové znaky a dávají vzniknout pouze svalu. Experimenty s genetickým sledováním, jednobuněčnou analýzou a transplantacemi ukazují, že specifické tkáně si celkově zachovávají svou identitu. Dediferenciace je klíčová i pro regeneraci končetin u axolotlů, kde se buňky vazivové tkáně dediferencují a dávají vzniknout všem tkáním pocházejícím z vaziva. To je jeden z nejdůležitějších principů při regeneraci těchto zvířat.
Transdiferenciace je dalším mechanismem, který tato zvířata využívají. Například u rohovky mloků: lze odstranit celou rohovku a ta se kompletně obnoví transdiferenciací dorzálních pigmentových epiteliálních buněk z duhovky. Po odstranění rohovky tyto pigmentové epiteliální buňky podstoupí transdiferenciaci a tvoří krystalické buňky rohovky. To je jeden příklad čisté transdiferenciace.
V kontextu mnoha jiných složitých struktur však k transdiferenciaci nedochází. Existují nedávné zprávy, například z předtisku od Woutera Masselinka, Elly Tanaky a Prayaga Murawaly, které naznačují, že ocas se z velké části regeneruje prostřednictvím specifických progenitorových buněk podobných kmenovým buňkám. Tyto buňky mohou dávat vzniknout různým tkáním ocasu, ale je to trochu jiné; jde o manipulaci s potenciálem kmenové buňky, nikoli nutně o přímou transdiferenciaci jako v případě rohovky.
**Regenerace brzlíku u mloků a její potenciál pro člověka**
Regenerace brzlíku u mloků je fascinující, protože je viditelná pouhým okem. Brzlík u axolotla se nachází u báze žaber a tvoří ho tři párové laloky. Lze odstranit celé laloky včetně okolní vazivové tkáně a během šesti až osmi týdnů se celý orgán obnoví. Jedná se o složitý orgán, protože je tvořen thymickými epiteliálními buňkami, thymickými progenitorovými buňkami, hematopoetickými progenitorovými buňkami, dendritickými buňkami, endoteliem, makrofágy a samozřejmě různými lymfocyty, a vše se jednoduše znovu objeví.
Zjistili jsme, že při regeneraci brzlíku tato zvířata rekonstruují morfologii, buněčné populace a funkci. Lze provádět velmi zajímavé experimenty, kde transplantujete regenerovanou strukturu (lalok brzlíku od fluorescenčně označeného mloka) do transparentního bílého hostitele. Poté můžete sledovat, zda tento regenerovaný brzlík podporuje hematopoézu a lymfopoézu hostitele.
Je vidět, že ano, protože po roce či dvou bude tento lalok brzlíku stále obsahovat původní fluorescenčně označené thymické epiteliální buňky, ale bude podporovat celkovou thymopoézu hostitele. Je to úžasné.
**Přenos poznatků na člověka: Výzvy a naděje**
Pro přenos těchto poznatků na člověka je klíčové provádět solidní základní výzkum, který se hluboce ponoří do buněčných a molekulárních mechanismů. Je třeba pochopit, co tyto pozoruhodné rysy skutečně pohání, a teprve poté lze vytvořit „plán“ pro cílené intervence.
Výzvy a časové rámce jsou provázané. V první řadě je třeba zohlednit fyziologické a biologické rozdíly mezi druhy. Někdy se může zdát cílový mechanismus smysluplný, ale ve skutečnosti je specifický pro fyziologii daného druhu.
V případě mloků jsou ektotermní. Žijí při různých teplotách a regulují svou energii odlišně. Pokud jsou adaptováni na život při 20 stupních Celsia, můžeme jejich mechanismy adaptovat pro organismus žijící při 37 stupních? Je třeba zvážit všechny tyto aspekty. Někdy lze zkusit replikovat tyto intervence manipulací s vlastním proteomem organismu. To je skvělé, protože nejste vázáni těmito rozdíly.
Největší překážkou je, zda k dosažení výsledku potřebujeme jeden či deset zásahů. To je však jen proces pokusů a omylů, využívání datových souborů a provádění předklinických studií. Již nyní začínáme přenášet některé z našich poznatků o brzlíku do jiných modelů, abychom zjistili, zda můžeme podpořit omlazení brzlíku nebo oddálit jeho involuci podáváním molekulárních vlastností, které má axolotl. Děláme to a je to velmi vzrušující.
**Evoluční pohled: Proč mloci a ne savci?**
V oblasti regenerace není zcela jasné, zda jde o konzervovaný rys všech zvířat, nebo o získaný rys a příklad konvergentní evoluce. Někteří vědci, včetně Jeremyho Brockese, podporují druhou možnost, což dokládá i existence specifických proteinů pro regeneraci u mloků. Je velmi pravděpodobné, že regenerace se u mloků vyvinula jiným způsobem než u jiných organismů. Například u hydry nebo ploštěnců probíhá regenerace velmi odlišně. Ne všechny organismy, které regenerují, používají stejné mechanismy. Různé organismy mají různá řešení.
Není tedy jisté, že jsme schopnost regenerace ztratili. Ohledně evoluce regenerace stále existuje mnoho názorů. Jedním z nich je spojení s rakovinou – že organismy, které velmi dobře regenerují, by měly být náchylnější k rakovině, ale u mloků to tak není. Jsou naopak velmi odolní vůči rakovině.
**Úspěch v adaptaci a ohrožení ze strany člověka**
Mlokové se zdají mít „vše pokryté“. Tento druh je evolučně velmi úspěšný a obývá téměř všechny ekologické niky. Například mloky lze nalézt na Sibiři. Existují mloci v tundře, kteří se zmrazí a zůstanou dormantní v bloku ledu po dlouhou dobu, ale když led roztaje, prostě se probudí. Existuje zde velká míra adaptability.
Je však zřejmé, že lidé představují celosvětovou hrozbu pro mloky. Axolotl je dobrým příkladem; v jezeře Xochimilco vedla lidská činnost k znečištění vody v důsledku rychlé urbanizace a zavlečení kaprů do systému. Tyto kapři začali decimovovat populace axolotlů v přirozeném prostředí až k téměř vyhynutí (ačkoli existují ve velkém počtu v obchodech se zvířaty a v koloniích!). V současné době probíhají snahy o jejich návrat a všichni jim držíme palce.
**Bioelektřina a regenerace**
Bioelektřina je velmi důležitá. Již v 60. a 70. letech proběhly studie, které ukázaly, že reverzní proudy ve vodě brání například regeneraci končetin u mloků. Víme tedy, že bioelektřina hraje důležitou roli jako způsob komunikace buněk. Práce Mika Levina je velmi zajímavá. Pro tento obor je důležité pochopit, jak různé molekulární sítě ovlivňují bioelektřinu a jak je to koordinováno během regeneračních procesů. Jedná se o velmi zajímavý směr výzkumu.
**Čína a moderní gerověda: Nové centrum inovací**
Nedávný přesun dr. Yun do Číny poukazuje na rostoucí vliv této země v oblasti gerovědy. Čína se stává klíčovým hráčem v mezinárodním vědeckém prostředí. Vláda učinila správné kroky v investicích do vědy a rozhodla se, že se Čína stane budoucím vědeckým gigantem. Prostředí je zde přívětivé pro mezinárodní vědce.
Současný mezinárodní kontext vedl k významnému přílivu zahraničních vědců, kteří posilují pozici Číny po celém světě. Existují zde významné finanční příležitosti pro základní výzkum i biotechnologie, spolu s možností čerpat z fondu talentovaných a velmi pracovitých studentů a zaměstnanců.
Věci se dějí velmi rychle a regulační rámce pro experimenty jsou mnohem vědecky přívětivější než v Evropě. Stále možná existuje přílišný důraz na publikace s vysokým impaktem, ale je patrná snaha o podporu rigorózní vědy. Dr. Yun je zde čtyři měsíce a očekává, že se věci budou dále rozvíjet.
**Agilita a rychlost v čínském výzkumu**
Věci se dějí mnohem rychleji, než kdy dr. Yun zažila. Někdy může přílišná rychlost vést k kontraproduktivním výsledkům. Nicméně instituce jako Čínské instituty pro lékařský výzkum (CIMR) jsou postaveny tak, že více než 90 % fakulty pochází z Evropy a USA, takže se jedná o mírně odlišný model.
Osobně dr. Yun přitáhla vize Yi Rao a dalších vytvořit v Pekingu institut ve stylu HHMI. Zde je podpůrný systém a hodnotící procesy založeny na úspěšných modelech ze Západu, inspirovaných institucemi jako Laboratoř molekulární biologie v Cambridge (kde dr. Yun získala doktorát) a Janelia Farm.
Jednou z charakteristik takových míst je i možnost mít zdroje a čas na zkoumání skvělých, odvážných myšlenek, a dr. Yun se domnívá, že tento prvek je pro významnou vědu klíčový. Celkově panuje přesvědčení, že to zde povede k úspěchu.