Evo-devo výzkum na FROV, jehož výsledky byly publikovány v prestižních časopisech
Na konci loňského roku byl na naší fakultě úspěšně ukončen evropský projekt, jehož hlavním řešitelem byl Jan Štundl, který v současné době působí na Kalifornském technologickém institutu ve Spojených státech a nadále úzce spolupracuje s Fakultou rybářství a ochrany vod JU.
Janu Štundlovi se v roce 2020 podařilo získat prestižní grant Marie Skłodowska-Curie, který podpořil jeho postdoktorský pobyt v laboratoři přední světové odbornice na neurální lištu a evolučně vývojovou biologii (evo-devo) prof. Marianne Bronner. Neurální lišta je unikátní buněčná populace, která vzniká během raného embryonálního vývoje. Tyto buňky posléze migrují po celém embryu a dávají vzniknout mnoha rozličným strukturám, mezi něž patří ozubené čelisti, rozličné neurony nebo dentoskeletální elementy, jako jsou šupiny žraloků nebo štítky jeseterů. „Neurální lišta se vyskytuje pouze u obratlovců a vděčíme jí za to, že jsme z evolučního hlediska úspěšným druhem,“ vysvětluje Jan Štundl. Buňky neurální lišty se podílí na téměř každé části našeho těla a hrají navíc významnou roli v procesech regenerace.
V rámci projektu Heart2019 se Jan Štundl zaměřil na zkoumání specifické subpopulace neurální lišty – srdeční neurální lišty. Její buňky během raného vývoje migrují do srdce a hrají klíčovou roli při tvorbě srdečního svalu. Tento projekt navazoval na průkopnický výzkum prof. Marianne Bronner, který naznačoval, že tyto buňky by mohly být zodpovědné za regeneraci srdce. „Na základě výzkumu modelového druhu, zebřičky pruhované (Danio rerio), v laboratoři zjistili, že buňky srdeční neurální lišty skutečně přispívají k regeneraci srdečního svalu,“ upřesňuje Jan Štundl. „Položili jsme si tedy otázku, zdali je tento regenerační fenomén jedinečný pro zebřičky, nebo zda je společný i jiným obratlovcům.“ K jejímu zodpovězení byly zkoumány tři druhy z evolučně významných linií obratlovců – jeseteři, mihule a mloci. Zkoumání mimo jiné potvrdilo, že buňky neurální lišty se podílí na regeneraci srdce také u jiných skupin obratlovců a že můžou být navíc odpovědné také za obnovu dalších tělesných tkání.
V průběhu řešení projektu Heart2019 se navíc podařilo získat celou řadu unikátních výsledků, které se těší mimořádnému zájmu a vyšly v renomovaných vědeckých časopisech, jako je Nature nebo PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences). Jeseteři z FROV JU například přispěli k odhalení původu primitivního pancíře prvních obratlovců a výsledky výzkumu současně poukázaly na fakt, že i buňky neurální lišty mohou produkovat kost mimo hlavu, což zcela změnilo současný pohled na vývojové schopnosti neurální lišty. Tento první „obratlovčí“ pancíř byl složený z kostí a dentinu, látky, která je důležitou součástí našich zubů. Díky této evoluční novince, která vedla ke vzniku a diverzifikaci kožního pancíře podél celé osy těla, naši předci získali ochranu před tehdejšími dravci (Stundl et al., 2023).
Vedle jeseterů studuje Jan Štundl také zástupce současných bezčelistnatců, mihule mořské. V nedávné studii publikované v Nature (Edens et al., 2024) se tým prof. Marianne Bronner zaměřil na sympatický nervový systém, o němž se více jak století předpokládalo, že u mihulí zcela chybí. Autorům se podařilo prokázat, že buňky neurální lišty dávají vzniknout prekurzorům sympatických neuronů. Tyto překvapivé výsledky vědci získali díky studiu pozdního larválního vývoje mihulí, protože narozdíl od ostatních obratlovců se sympatické neurony vyvíjejí výrazně později.
Výzkum na mihulích taktéž přispěl k více jak stoleté debatě o tom, jak vznikly naše končetiny. K této otázce přispěl i mezinárodní tým z různých světových univerzit, jehož součástí byl i Jan Štundl a prof. Bronner (Tzung et et al., 2023). Autoři se zaměřili na velmi zvláštní buňky, fibroblasty, nalézající se v preanální oblasti ploutevního lemu, a na několika různých skupinách obratlovců včetně mihulí popsali jejich vývojový program zodpovědný za vznik párových ploutví.
Výše zmíněné práce tak hezky ilustrují, kterak výzkum netradičních druhů, mezi které patří jeseteři z FROV JU nebo ektoparazitické mihule mořské, zásadním způsobem posouvají naše chápaní evoluce obratlovců, ale i schopností regenerovat poškozené tkáně, jakými jsou například srdeční svalovina.
Foto: Filip Novotný
Pro více informací:
A median fin derived from the lateral plate mesoderm and the origin of paired fins
Keh-Weei Tzung, Robert L. Lalonde, Karin D. Prummel, Harsha Mahabaleshwar, Hannah R. Moran, Jan Stundl, Amanda N. Cass, Yao Le, Robert Lea, Karel Dorey, Monika J. Tomecka, Changqing Zhang, Eline C. Brombacher, William T. White, Henry H. Roehl, Frank J. Tulenko, Christoph Winkler, Peter D. Currie, Enrique Amaya, Marcus C. Davis, Marianne E. Bronner, Christian Mosimann & Tom J. Carney . Nature volume 618, pages543–549 (2023).
Ancient vertebrate dermal armor evolved from trunk neural crest
Stundl, J., Martik, M. L., Chen, D., Raja, D. A., Franěk, R., Pospisilova, A., Pšenička, M.,Metscher, B. D., Braasch, I., Haitina, T., Cerny, R., Ahlberg, P. E., & Bronner, M. E. (2023). Ancient vertebrate dermal armor evolved from trunk neural crest. Proceedings of the National Academy of Sciences, 120(30), e2221120120. https://doi.org/10.1073/pnas.2221120120 (IF=12.779, AIS=4.658).
Neural crest origin of sympathetic neurons at the dawn of vertebrates
Brittany M. Edens, Jan Stundl, Hugo A. Urrutia & Marianne E. Bronner. Nature volume 629, pages121–126 (2024).
Role of the cardiac neural crest cells in heart development and regeneration
CORDIS, EU research results.
