Łożysko – prezent od wirusów

BruceBlaus, Łożysko, za Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Łożysko, wyjątkowy narząd tworzony wspólnie przez tkanki matki i płodu pozwalający na jego długotrwały rozwój w macicy, zawdzięczamy wirusom.

O wyjątkowości łożyska można by pisać długo. Ten właśnie narząd pozwala ssakom łożyskowym na długotrwały rozwój zarodka i następnie płodu w organizmie matki. Jemu zawdzięczają one swą nazwę i niewątpliwy sukces ewolucyjny, by wspomnieć kilkugramowe ryjówki, wielotonowe płetwale przemierzające ocean, latające nietoperze i ludzi kolonizujących kosmos.

U większości zwierząt powstały z zygoty zarodek rozwija się w obrębie jaja. U nielicznych (mimo że rozwiązanie takie wyewoluowało w sumie około 250 razy, zwłaszcza u jaszczurek, węży i rekinów) przybywa dalej w organizmie matki. Odżywianie go i zabezpieczenie przed matczynym układem odpornościowym eliminującym obce tkanki sprawiają istotne problemy. Obie te funkcje najlepiej spełnia łożysko.

Jajo płodowe ssaka na pewnym etapie rozwoju tworzy tak zwaną blastocystę, złożoną z trofoblastu na zewnątrz i węzła zarodkowego wewnątrz. Ten ostatni utworzy przyszły zarodek, a także część błon płodowych: owodnię, omocznię i pęcherzyk żółtkowy. Zewnętrzna część trofoblastu utworzy kosmówkę. Jej komórki wpełzną pomiędzy komórki matki. Porównuje się je często do naciekających i przerzutujących komórek nowotworowych. Głównie brak nieustannych podziałów komórkowych różni je od zagrażającego życiu nowotworu. Co jednak daje typowym komórkom nabłonkowych, grzecznie siedzącym na błonie podstawnej (jak sama nazwa wskazuje) i zlepionych połączeniami ścisłymi (tight junctions), taką zdolność?

Otóż w komórkach łożyska stwierdzono dużą aktywność genetycznych elementów retrowirusowych (retrotranspozonów). Co to takiego?

Wirusy cechują się prostą budową. Materiał genetyczny otacza kapsyd zbudowany z nielicznych kodowanych przezeń białek.

Materiał genetyczny retrowirusów to kwas rybonukleinowy (RNA). Koduje on między innymi odwrotną transkryptazę, enzym przepisujący RNA wirusa na DNA, które może zostać wbudowane w materiał genetyczny gospodarza (np. człowieka). W ten sposób działa choćby wirus HIV, a istotna część leków antyretrowirusowych hamuje właśnie odwrotną transkryptazę. Wirus musi też wcześniej jakoś zainfekować komórkę gospodarza. U niektórych retrowirusów umożliwia to białko kodowane przez gen envelope (ang. koperta).

Geny pokrewne envelope znaleziono w ludzkim DNA. Są one aktywne właśnie w łożysku. Wydaje się, że to właśnie one umożliwiają między innymi przejście komórek nabłonkowych w mezenchymatyczne, wślizgujące się pomiędzy tkanki matki. Geny te pochodzą prawdopodobnie od dawnych wirusów, które przekształciły się w skaczące po DNA retrotranspozony i na dobre zadomowiły w ludzkim genomie. Inną korzyścią z ich obecności mogło być zahamowanie układu odpornościowego matki pozwalające na dalszy rozwój płodu (to także na pewno potrafią retrowirusy).

Pierwsze takie zdarzenie umożliwiło pojawienie się ssaków wyższych (dzisiaj reprezentowanych przez torbacze i łożyskowce) jakieś 166 milionów lat temu. Następne 148 milionów lat temu doprowadziło do wyodrębnienia się łożyskowców. Kolejne spowodowały rozwój wielu różnych typów łożysk w różnych grupach ssaków łożyskowych. Tylko u naczelnych występuje kilka różnych rodzajów kluczowego białka syncytyny.

Transpozonom (już nie wirusom) umożliwiło to przechodzenie z matki na płód i powielenie w kolejnym pokoleniu. Ewidentny zysk gospodarza z lepszej ochrony i odżywienia zarodka umożliwił im uniknięcie selekcji naturalnej usuwającej niekorzystne insercje z puli genowej.

Odkrycia te zmieniają nasze postrzeganie retrowirusów, kojarzących się wcześniej głównie z AIDS i wszystkim, co najgorsze. Wydaje się, że to dzięki nim mogły powstać łożyskowce, a długi rozwój wewnątrzmaciczny umożliwił w końcu także powstanie szczególnie rozwiniętego mózgu człowieka. To dzięki retrowirusom istniejemy.

Marcin Nowak

Tekst dedykuję mojej znajomej J., dzięki której wpadłem na ten pomysł, z podziękowaniem, gratulacjami szczęśliwego rozwiązania ciąży i życzeniami wiele radości z przekazania swych wartościowych genów następnemu pokoleniu.

Bibliografia

  • Shapiro JA: Teoria ewolucji z perspektywy XXI wieku. Wersja rozszerzona, Warszawa 2022 / 2025
  • Bohannon C: Ewa. Ewolucja jest kobietą. Wydawnictwo Literackie, Kraków 2023 / 2025
  • Haig, D: Retroviruses and the placenta. Current Biology 2012; 22(15), R609-R613.
  • Imakawa, K., Kusama, K., Kaneko-Ishino, T., Nakagawa, S., Kitao, K., & Miyazawa, T. Endogenous retroviruses and placental evolution, development, and diversity. Cells. 2022; 11 (15): 2458.
Reklama