Zahlavi

Vědci po 50 letech objasnili funkci molekul v RNA

26. 02. 2020

Bezesporu důležité, zároveň trochu záhadné. Řeč je o alarmonech, tedy o malých molekulách, které se ve zvýšené míře vyskytují ve všech typech organismů, které jsou vystaveny zátěži. Jejich funkci se podařilo objasnit až týmu vedenému Hanou Cahovou z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR ve spolupráci s kolegy z Mikrobiologického ústavu AV ČR. Svůj objev publikovali v prestižním odborném časopise Nature Communications.

Alarmony vědci znají více než 50 lety. Původně předpokládali, že slouží k buněčné signalizaci v situaci, kdy je organismus vystaven stresu. Až dosud ale netušili, jakým způsobem se na tomto buněčném poplachu podílejí. „Jako chemici jsme si všimli do očí bijící podobnosti těchto alarmonů se strukturou RNA, a tak jsme mohli odhalit něco, co zůstávalo biologům po padesát let skryto,“ říká Hana Cahová, vedoucí juniorské výzkumné skupiny v Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR.



Skupina Hany Cahové (v popředí druhá zleva)

Detekce molekul

Výzkumníci následně stanovili hypotézu, že by alarmony mohly být přímo součástí RNA. Aby tuto teorii ověřili, vyvinuli techniku založenou na kapalinové chromatografii s následnou hmotnostní spektrometrií, která umí molekuly jako součásti RNA detekovat. Díky ní se vědcům podařilo objevit hned devět nových, ještě nepopsaných druhů těchto molekul a ověřit, že se v RNA skutečně nacházejí, a to na jejích koncích jako tzv. čepičky, které RNA chrání před degradací.

Když buňka hladoví

RNA umožňuje buňce překládat informace uložené v DNA do enzymů, a jako taková má velmi krátkou životnost. Buňka neustále likviduje starou RNA, která splnila svou úlohu, a vytváří novou. Tzv. čepička, umístěná na konci RNA, ji ale dokáže před touto likvidací ochránit. Likvidaci RNA provádějí enzymy známé jako nukleázy, které dokáží RNA nastříhat na kousky, jež pak mohou být recyklovány při výrobě nové RNA. Aby nukleázy mohly nastříhat chráněnou RNA, musí nejdříve specializovaný enzym čepičku odstranit. Skupině Hany Cahové se podařilo ukázat, že enzym nedokáže alarmonovou čepičku odstranit, pokud je methylována, tj. doplněna methylovým přívěškem, k čemuž dochází ve chvílích, kdy má buňka nedostatek živin a hladoví.


Chování buňky v období růstu a hladovění

Složitá RNA

Protože tvorba nové RNA je energeticky náročná, předpokládají vědci, že právě tímto způsobem buňka v hubených časech dokáže šetřit cennou a již připravenou RNA. Když je živin naopak dostatek, nastoupí jiný specializovaný enzym, který dokáže methylovanou čepičku odstranit, a umožní tak degradaci předtím chráněné RNA. Autoři jako první v této práci ukazují, že okrajové konce RNA závisí na zátěži a prostředí, kterému je buňka vystavena. Je to zároveň první důkaz o zabudování malých signálních molekul do RNA. Tento objev umožní lépe pochopit buněčné reakce na okolní prostředí a ukazuje, že RNA je chemicky mnohem komplikovanější, než se tušilo.


Připravil: Martin Ocknecht, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR, ve spolupráci s Ústavem organické chemie a biochemie AV ČR

Foto: Shutterstock, archiv Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR

Biologie a lékařské vědy

Vědecká pracoviště

Cílem výzkumu je poznávání procesů v živých organismech, a to na úrovni molekul, buněk i organismů. Biofyzikální výzkum se zabývá studiem vztahu DNA – protein a vlivu faktorů životního prostředí na organismy. V oblasti molekulární genetiky a buněčné biologie jsou studovány zejména signální cesty pro spouštění reakcí a odezvy cílových genů na tyto signály; zvláštní pozornost je věnována studiu buněčných mechanismů imunitních odpovědí. Sledovány jsou rovněž genomy mikroorganismů a procesy směřující k moderním technologiím přípravy látek s definovanými biologickými účinky. V oblasti fyziologie a patofyziologie savců a člověka je výzkum zaměřen na kardiovaskulární fyziologii, neurovědy, fyziologii reprodukce a embryologii s cílem vytvořit teoretické základy preventivní medicíny. V oblasti experimentální botaniky se výzkum věnuje genetice, fyziologii a patofyziologii rostlin a moderní rostlinné biotechnologii. Sekce zahrnuje 8 vědeckých ústavů s přibližně 1930 zaměstnanci, z nichž je asi 690 vědeckých pracovníků s vysokoškolským vzděláním.

Všechny výzkumné sekce