13. Fúze biomembrán a fúze buněk (spontánní, indukované); využití ve výzkumu

Základem buněčných fúzí je fúze cytoplazmatických membrán. Tato schopnost membrán vychází z jejich fluidního charakteru. Pokud se naruší integrita fosfolipidového bimolekulárního filmu membrány, uvolněné fosfolipidy vytvářejí micely. V nich se molekuly fosfolipidů orientují svými hydrofobními konci směrem do centra micely. Micelární struktura je přechodná, po čase seřazením micel se obnoví původní dvojvrstva lipidů. Někdy však při této rekonstrukci membrán sousedních buněk může dojít k vytvoření cytoplazmatického můstku, kterým se buňky spojí v jednu. Fúze buněk se někdy označuje i jako somatická hybridizace (na rozdíl od hybridizace gametické, při které splývají gamety).
V mnohobuněčném organismu se můžeme setkat se splýváním buněk při diferenciačních procesech (splývání myoblastů ve svalové vlákno – myotubu) nebo při tvorbě trofoblastu. Také nádorové buňky mají schopnost snadno splývat. = spontánní fúze
Od 60. let byly prováděny pokusy s indukovanými fúzemi, přičemž živočišné buňky mohou fúzovat přímo, v přítomnosti buněčné stěny se musí tato nejprve odstranit, a pak fúzují protoplasty (např. u rostlin). Většina fuzogenních faktorů, tzv. fuzogenů, vyvolává narušení struktury cytoplazmatické membrány v místě kontaktu sousedních buněk a v těchto místech pak buňky mohou snadno splynout.

Fuzogeny mohou být povahy:
• biologické - např. Sendai virus a jiné paramyxoviry,
• fyzikální - pulsy elektrického proudu o vysokém napětí nebo
• chemické - polyethylenglykol (PEG).
Původně se PEG používal k extrakci proteinů a právě tato jeho vlastnost se využívá při fúzování – narušuje strukturu membrány, která se stává značně viskózní. PEG proniká do buňky a zvyšuje propustnost membrány pro Ca2+ ionty, což také mění viskozitu cytoplazmy. Pomocí PEGu je možné fúzovat prakticky všechny typy buněk, dokonce i rostlinné spolu s lidskými.
Splývání buněk (obr. 4) se objevuje již během 5 – 10 minut po opětném odstranění PEGu (nechává se působit jen 60 sekund). Nejprve vznikají mezi sousedními buňkami cytoplazmatické můstky, které se později rozšiřují. Z mikrokinematografických záznamů vyplynulo, že vlastní splynutí cytoplazmy obou buněk a pohyb jader k sobě trvá asi 15 – 40 minut. Cytoplazmatické můstky se mohou v kultuře buněk vytvořit prakticky na kterémkoliv místě cytoplazmatické membrány. Ovšem ne každý můstek musí nutně vést k fúzi buněk. Také se zjistilo, že maximum buněčných fúzí nastává v prvních 60 minutách po odstranění PEGu a celé období, kdy lze pozorovat vznik fúzí, trvá asi 2,5 hodiny.
Po splynutí cytoplazmy fúzujících buněk získáme nejprve buňku s více jádry - tzv. polykaryon, splývají-li buňky téhož druhu (obr. 5), nebo heterokaryon, když splývají buňky různých druhů. Teprve v další fázi, pokud zfúzovaná buňka projde buněčným cyklem, během něhož splynou i genomy do jednoho společného jádra, vzniká tzv. synkaryon.
Obvykle genomy zfúzovaných buněk nezůstanou kompletní, zpravidla rychle ubývá chromozómů jednoho z partnerů, zvláště pokud byly genomy málo příbuzné (mezirodové fúze). V důsledku somatického crossing-overu může dojít k rekombinaci genů obou genomů. Předpokládá se, že tato somatická hybridizace se mohla uplatnit i v evoluci genetické informace.
Somatická hybridizace se využívá při přípravě hybridomů pro výrobu monoklonálních protilátek, ale i při mapování lidských chromozómů. Např. se nechá fúzovat lidská buňka s myší, která je defektní mutantou. Pokud dojde k rekombinaci, může lidský chromozóm tento defekt v myším genomu kompenzovat. Jestliže fúzující buňky budeme pěstovat na selekčním médiu, budou se postupně z myších genomů eliminovat lidské chromozómy s výjimkou toho, který kompenzuje myší defekt. Tímto způsobem byly získány různé klony buněk nesoucích některé lidské geny na pozadí jiného genomu. Např. genový komplex kódující u člověka HLA systém byl takto lokalizován na 6. chromozomu. Fúze buněk a zejména fúze membránových váčků (tzv. liposomů) lze využít i v genovém inženýrství – slouží jako vektory pro přenos DNA.