Pradávný mikroorganismus pomohl vědcům z CEITEC odhalit protein spojený s buněčnou odolností vůči stresu

Výzkumný tým Gabriela Dema z CEITEC Masarykovy univerzity (MUNI) objevil nový protein, který hraje důležitou roli při řízení výroby bílkovin v buňkách jedněch z nejodolnějších a nejstarších typů mikroorganismů na světě. Tento objev přispívá k našemu chápání toho, jak buňky šetří energii a přežívají v extrémním prostředí.

To by mohlo vést k novým poznatkům o způsobech, jak se buňky vyšších organismů, včetně těch lidských, přizpůsobují měnícím se podmínkám.

Až z Japonska putovaly do Brna na CEITEC MUNI vzorky vzácných pradávných mikroorganismů Pyrococcus furiosus. Tyto mikroorganismy patřící do domény archea se často vyskytují v extrémním prostředí, ve kterém by většina jiných organismů nepřežila – v horkých pramenech, ve slaných jezerech nebo v bažinách uvolňujících metan. Existují na Zemi už miliardy let a patří k prvním formám života. Jsou proto klíčové pro pochopení, jak život na Zemi vznikl a jak funguje i dnes.

Vědci z CEITEC zkoumali spolu s japonskými kolegy, jak tyto organismy žijící ve stresujících podmínkách regulují buněčnou translaci – proces, při kterém si buňka podle genetického návodu vyrábí bílkoviny nezbytné pro její správné fungování. Translace je energeticky velmi náročná, proto vědci předpokládali, že archea ovládají mechanismus, kterým translaci s ohledem na míru stresu pečlivě řídí.

„Když jsme vzorek vložili do kryo-elektronového mikroskopu, objevili jsme novou strukturu – doposud neznámý protein aRDF, který způsobuje, že se dvě malé ribozomální podjednotky spojí do dvojice (dimeru). Tento takzvaný anti-asociační faktor brání tomu, aby se malé ribozomální podjednotky spojovaly s velkou podjednotkou a vytvořily funkční ribozom. Tímto způsobem aRDF pomáhá regulovat syntézu proteinů a šetřit buňkám energii v extrémních podmínkách, ve kterých Pyrococcus furiosus žije,“ říká Ahmed Hassan, hlavní autor studie, která vyšla v časopise Nucleic Acids Research.

Nově objevený protein aRDF tak funguje jako „kontrolor“ výroby bílkovin. Díky tomu může buňka lépe regulovat množství a načasování produkce bílkovin, což jí pomáhá zvládat stresové situace, ve kterých čelí vysoké teplotě, nedostatku živin nebo jinému poškození. V takových situacích buňka zpomalí výrobu bílkovin, aby mohla soustředit svou energii na opravy a přežití.

Objev proteinu aRDF otevírá důležitou otázku, zda podobné regulační mechanismy existují i u složitějších organismů. Pokud se tak primitivní organismy dokáží adaptovat na nepříznivé prostředí důkladnou kontrolou produkce bílkovin, je možné, že tuto schopnost mají i vyšší organismy. „Domníváme se, že by se mohlo jednat o dosud neznámý mechanismus regulace translace – specifickou reakci na stres, při níž organismus prostřednictvím proteinu podobného aRDF snižuje aktivitu translace, aby se přizpůsobil nepříznivým podmínkám. Po odeznění stresu se protein deaktivuje a translace se vrátí k normálnímu stavu. Pokud tento anti-asociační faktor spojuje do dvojice (dimerizuje) ribozomální podjednotky vyšších organismů, mohl by nám pomoci pochopit, jak se lidské buňky adaptují na stresové podmínky,“ přibližuje Gabriel Demo, vedoucí výzkumného týmu, hypotézu, kterou chce tým ověřit dalším výzkumem.

Tento objev přispívá k našemu základnímu porozumění biologickým procesům a může mít široké aplikace v různých oblastech vědy a technologie, včetně biomedicíny a biotechnologií.

Tento výzkum byl podpořen Japan Society for the Promotion of Science, Uchida Energy Science Promotion Foundation, Národním ústavem virologie a bakteriologie a MŠMT ČR v rámci programu ERC CZ.

Zdroj: CEITEC