Ľudia sú pestrí. Veľkú variabilitu vo veľkostiach jednotlivých orgánov však nenájdeme: nestane sa, že srdce jedného dospelého človeka zaberie celú hrudnú dutinu, kým u druhého má veľkosť hrášku. Veľkosti obličiek, mozgu, kože a mnohých iných častí tela tiež nie sú vecou náhody. Rast orgánov je teda kontrolovaný; otázka je: čím?
Jeden z mechanizmov dobre ilustruje oblička. Počas jej vývinu sa mezenchymálne bunky zhlukujú. Keď sú zhluky tvorené dostatočným počtom buniek, zmenia sa na nefróny – funkčné jednotky obličky zodpovedné za filtráciu krvi a balans iónov. Zhluk s nedostatočným počtom buniek by vytvoril malé nefunkčné nefróny, kým nadrozmerné zhluky sú zbytočné. Ako však zhluk vie, že je akurát veľký na vytvorenie nefrónu?
Bunky v zhluku lokálne vylučujú proteín Wnt-4. Taktiež majú preň receptory, vďaka čomu dokážu detegovať nimi vyprodukované množstvo. Je to podobné miestnosti ľudí so zaviazanými očami: nevidia sa, teda nemajú odkiaľ vedieť, koľko ich je. Ak každý začne vydávať vnímateľné signály (napríklad zvuky), podľa celkového ruchu môžu odhadnúť, či ich je v miestnosti len pár alebo až stovky. V biológii sa takáto komunikácia nazýva ‘quorum sensing’. Čím viac je v zhluku buniek, tým je vyššia koncentrácia Wnt-4; až určitá hladina znamená dosiahnuté kvórum – dostatočný počet. Zhluk má tak zelenú, môže sa meniť na nefrón.
Regulácia pomocou produkovania molekúl neprebieha len lokálne. Vedci sa domnievajú, že tkanivá vylučujú do krvného obehu chalóny. To sú proteíny inhibujúce rast tkanív, ktorými sú vylučované. Väčšie tkanivo tvorí zvýšenú koncentráciu chalónov, čo spätne limituje jeho veľkosť. Keď vedci myšiam odstránili slezinu a transplantovali do nich viacero menších slezín, všetky dorástli len tak, aby celkový objem predstavoval objem jednej normálnej sleziny. Naopak, v rovnakom experimente s týmusom všetky transplantované časti dorástli do veľkosti normálneho týmusu, akoby o sebe navzájom nevedeli. Teória chalónov tak nie je univerzálna.
Častým javom u človeka s odstránenou obličkou je zväčšenie tej zvyšnej zdravej. Hypertrofiu by vysvetľovali chalóny: ak je v tele o obličku menej, je aj menej obličkových chalónov, ktoré by zastavovali jej rast. Vedci sa však prikláňajú ku zväčšeniu pre nedostatočnú funkciu – jedna oblička totiž nestíha za dve. To spustí procesy, ktoré nútia ostávajúcu obličku dorásť a zvýšiť výkon. Za výskum v oblasti „rastu kvôli fyziologickej potrebe“ bola v roku 2019 udelená Nobelova cena: americko-britský vedecký tím zistil, ako je v tkanive s nedostatočným množstvom kyslíka stimulovaná tvorba kapilár na zvýšenie jeho prísunu.
Nie všetky kontroly rastu sú chemické. Ľudia s achondropláziou majú mutáciu znižujúcu rast kostí končatín. Svaly a koža ich končatín sú tiež menšie voči tým u zdravého človeka. Proporčnosť nastáva, lebo bunky sa delia v smere, ktorý uvoľní mechanické napätie na ne pôsobiace. Jav vidíme aj počas tehotenstva, keď sa koža natiahne v prirodzene zväčšených partiách. V prípade achondroplázie, zníženým rastom kostí prichádza menší mechanický stimul, teda aj svaly a koža končatín sú príslušne zmenšené. Mechanicky prepojené orgány sa tak podriaďujú akejsi hierarchii.
Kosti-svaly-koža nie sú jediný prípad, kedy si tkanivá vzájomne kontrolujú rast. Vzájomná regulácia je totiž spôsob, ako dosiahnuť proporčnosť. Počas vývinu vzniká zásoba neurónov (tzv. neuronal pool) pre konkrétny sval, no prežije len časť. Bunky totiž zomierajú, pokiaľ nedostávajú ‘survival signals’ od okolitých buniek – neuróny musia byť doslova držané pri živote nimi inervovaným svalom. Celkový počet neurónov tak bude závisieť od množstva svalom vyprodukovaných ‘survival signals’, teda od jeho veľkosti. Bolo by zbytočné, aby malý sval ostal inervovaný obrovským počtom neurónov.
Takáto kontrola existuje medzi rôznymi orgánmi, a je celkom opodstatnená: vytvára evolučnú výhodu. Ak sa počas evolúcie zmení veľkosť svalov, prežijeme bez toho, aby prišla ďalšia mutácia, ktorá adekvátne zmení aj nervovú zásobu. Nervový systém je prispôsobený automaticky, čím nás vytvára evolúcie schopnejšími.
Mechanizmov pre vytvorenie orgánov správnych veľkostí je teda niekoľko. Rast orgánov však jednoznačne nie je iba genetický blueprint, ale výsledok neustálej a precíznej komunikácie buniek v rámci a medzi tkanivami či orgánmi.
[Alexandra]Quorum sensing pri formovaní nefrónov: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/7990960/
Štúdia transplantácie slezín: https://journals.lww.com/transplantjournal/Abstract/1964/05000/RESTRICTED_GROWTH_CAPACITY_OF_MULTIPLE_SPLEEN.8.aspx
Rast stimulovaný fyziologickou potrebou – hypoxia a tvorba kapilár (Nobelova cena za fyziológiu alebo medicínu 2019): https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2019/advanced-information/
Survival signals pri delení, prežití a apoptóze buniek: https://www.nature.com/articles/356397a0