W komórkach jajowych ssaków znajduje się zaskakująco wiele tłuszczu. A dokładniej: kropel lipidowych gromadzących energię. Do czego one służą? Autorzy pracy, opublikowanej w "Nature" 30 lat temu wykazali, że nawet jeśli te krople tłuszczu usunie się z zarodków - to te nadal rozwijają się tak samo, jak z nimi. Taki komórkowy magazyn energii wydawał się więc przez bardzo długi czas ewolucyjną "ekstrawagancją", zbędnym balastem. Kwestia ta nie dawała jednak spokoju embriolog prof. Grażynie Ptak z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego.

Gif: wizualizacja pokazująca krople lipidowe w komórce jajowej borsuka. Źródło: prof. Grażyna Ptak z zespołem

Podejrzewała ona, że ten komórkowy magazyn tłuszczu przydaje się tylko w szczególnych okolicznościach dotyczących rozwoju zarodka - a mianowicie podczas diapauzy. Diapauza embrionalna to czas oczekiwania zarodka przed implantacją w macicy na warunki dogodne do rozwoju. Wśród ssaków diapauza jest raczej rzadkością - to standard zaledwie wśród 1 proc. gatunków ssaków. A diapauzy nie brano pod uwagę w dotychczasowych badaniach dotyczących kropel lipidowych.

Pomysł okazał się trafiony. Hipotezę Polki potwierdziły badania jej zespołu, które ukazały się w prestiżowym czasopiśmie PNAS (https://doi.org/10.1073/pnas.2018362118).

Prof. Grażyna Ptak w rozmowie z PAP tłumaczy, jak wygląda diapauza u różnych gatunków zwierząt. Np. u sarny, jeśli zapłodnienie nastąpi około lipca, to zarodek w stanie diapauzy czeka do zimy - czasu, kiedy dzień zaczyna się wydłużać. Dopiero wtedy embrion dostaje sygnał od matki, że jest już czas na implantację w macicy i zaczyna się właściwa część ciąży. Dzięki temu młode rodzą się na wiosnę, a nie zimą, kiedy przeżycie nowonarodzonych saren byłoby zagrożone. U saren diapauza trwa więc 5 miesięcy.

W przypadku borsuka czy gronostaja embrion zaś może "czekać" na implantację dwukrotnie dłużej. Ale już na przykład u myszy diapauza jest znacznie krótsza i trwa najwyżej kilka dni. Ma ona miejsce np. wtedy, kiedy samica zostaje zapłodniona podczas laktacji, kiedy karmi jeszcze młode. A wtedy warunki do rozwoju zarodka jeszcze nie są idealne. Zarodek więc na kilka dni przechodzi w stan "oczekiwania" na sygnał od matki, że może się rozwijać.

Niektóre gatunki ssaków diapauzę mają wpisaną w cykl rozmnażania się. Są też takie, które korzystają z niej bardzo rzadko - tylko, gdy zajdzie konieczność. "To mechanizm ochronny, który ma chronić matkę i młode, aby zwiększyć przeżywalność" - komentuje rozmówczyni PAP.

Zespół z MCB UJ w swoich badaniach sprawdził, jak się ma liczebność kropli lipidowych w komórkach jajowych różnych ssaków do długości diapauzy. I rzeczywiście - więcej kropel lipidowych było w komórkach jajowych tych ssaków, które są zdolne do dłuższej diapauzy (borsuków, gronostajów, saren). A mniej - u tych gatunków, które zdolne są tylko do krótkiej diapauzy (myszy, świnek morskich, jeży).

GIF: Wizualizacja pokazująca krople lipidowe w komórce jajowej myszy. Diapauza u myszy trwa o wiele krócej niż u borsuka. Duże zapasy energii nie są więc zarodkowi aż tak potrzebne  Źródło: prof. Grażyna Ptak z zespołem

Ponadto zespół w badaniach na myszach udowodnił, że kiedy usunie się krople lipidowe z komórki jajowej, a następnie wymusi diapauzę, to zarodek faktycznie nie będzie w stanie przeżyć. "Nikt tego wcześniej nie wykazał" - informuje prof. Ptak.

"Pokazaliśmy rolę lipidów we wczesnym rozwoju zarodowym. A do tego wyjaśniliśmy, dlaczego zarodki różnych ssaków różnią się między sobą zawartością kropli lipidowych" - podsumowuje badania prof. Ptak.

GIF: Usunięcie kropli lipidowych z zarodka ssaka uniemożliwia jego przetrwanie w trakcie diapauzy. Źródło: prof. Grażyna Ptak z zespołem

Badania realizowane były w ramach grantu z Narodowego Centrum Nauki.

Pytana, czy i u człowieka może występować diapauza, embriolog z MCB UJ mówi, że to nie było badane, tym niemniej nie ma żadnych przesłanek, aby taką możliwość wykluczyć Podejrzewa się nawet, że można do niej doprowadzić w sposób sztuczny. W opinii prof. Ptak diapauza teoretycznie może mieć miejsce, kiedy matka używa kannabinoidów (zawartych choćby w marihuanie). Związki te bowiem blokują receptywność macicy i implantacja zarodka może się opóźnić (a jeśli czas oczekiwania na implantację trwa za długo - embrion może w ogóle zostać usunięty). To jednak nie zostało potwierdzone w badaniach. "Takich badań na ludzkich zarodkach nie było - nie byłyby one możliwe do wykonania choćby ze względów etycznych - ale domyślamy się, że tak może być, ponieważ mechanizmy kierujące rozwojem zarodkowym u ssaków są silnie zakonserwowane. Nie ma powodu twierdzić iż jakiś szczególny gatunek, w tym wypadku człowiek, będzie różnił się od pozostałych" - zaznacza prof. Ptak.

PAP – Nauka w Polsce

Autorka: Ludwika Tomala

lt/ zan/