Zahlavi

Biologové popsali unikátní vlastnosti bílkoviny, která se podílí na stavbě buňky

09. 09. 2021

Detailní fungování molekulárního komplexu klíčového pro růst buněk popsali odborníci z Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR ve spolupráci s kolegy z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy a dalších institucí. Navázali přitom na výzkum z roku 2008, v němž čeští vědci jako první na světě prokázali existenci bílkovinného komplexu zvaného exocyst v rostlinách.  Výsledky výzkumu, v němž nyní úspěšně propojili experimenty
s počítačovými simulacemi, zveřejnil renomovaný odborný časopis Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Aby mohly buňky růst, tvarovat se, komunikovat nebo se bránit proti původcům chorob, musí ze svého nitra dopravovat rozmanité látky na přesně určená místa svého povrchu. Tento materiál obvykle putuje v malých váčcích, které se na konkrétní „adrese“ připojují k plazmatické membráně ohraničující povrch buněk. S membránou transportní váčky posléze splynou, čímž zásilku „vyloží“.

Jak ale buňka zajistí, aby váčky dorazily na správnou adresu? Zásadní roli zde hraje bílkovinný komplex exocyst, který váčky k plazmatické membráně „ukotvuje“. Exocyst byl objeven roku 1996 u kvasinek a krátce nato u živočichů. V roce 2008 popsali existenci komplexu exocyst u rostlin vědci z Laboratoře buněčné biologie Ústavu experimentální botaniky AV ČR (ÚEB) a PřF UK pod vedením profesora Viktora Žárského. Ve studiu exocystu a jeho funkce v rostlinách jsou čeští vědci světovou špičkou dodnes, což dokazuje i nejnověji publikovaná práce.

V ní tento tým zkoumal podrobnosti vazby mezi rostlinným exocystem a lipidy, což jsou látky tukové povahy, obsaženými v plazmatické membráně. „Kombinovali jsme biochemické, molekulárně-biologické a mikroskopické techniky s matematickým modelováním molekul a jejich interakcí. Výsledky získané modelováním jsme potom experimentálně ověřovali,“ vysvětluje Martin Potocký z ÚEB, který celý výzkum vedl.

Rostliny versus živočichové a houby: shody i rozdíly

Vědci zjistili, že rostlinný exocyst získal během evoluce některé unikátní vlastnosti, kterými se liší od exocystu hub a živočichů, ačkoli u všech tří skupin organismů se tento komplex skládá z osmi různých proteinových molekul (podjednotek) a jeho celková architektura je podobná. Další výzkum ovšem prokázal důležité rozdíly ve způsobu interakce s plazmatickou membránou. Zatímco u hub a živočichů vazbu na membránu řídí dvě podjednotky exocystu, u rostlin je dominantní pouze jedna. Na tuto podjednotku, označovanou EXO70A1, se proto badatelé zaměřili v další fázi projektu.

Detailní pohled na interakce mezi molekulami

Experimenty i počítačové simulace odhalily, že rozdílné části molekuly EXO70A1 mají různé funkce a interagují buď s plazmatickou membránou, nebo s ostatními podjednotkami exocystu. Podařilo se identifikovat konkrétní aminokyseliny (tedy stavební kameny bílkovinného řetězce) zodpovědné za vazbu na membrány. „Zjistili jsme, že EXO70A1 se přednostně váže na dva specifické lipidy přítomné v plazmatické membráně. To bylo překvapivé, neboť u živočichů a hub plní stejnou funkci jiný, i když příbuzný lipid. Důvodem jsou nejspíš rozdíly v chemickém složení membrán,” popisuje Lukáš Synek z ÚEB, jeden ze tří hlavních autorů článku.

„Jako první jsme podrobně prozkoumali molekulární interakce mezi rostlinným exocystem a lipidovou membránou. Umožní nám to lépe pochopit regulaci růstu a vývoje buněk i celých rostlin. Velmi se nám osvědčilo propojení experimentů s počítačovými simulacemi. Tyto mezioborové přístupy úspěšně využíváme i při studiu jiných proteinových komplexů vázajících membrány,“ říká Roman Pleskot, další z hlavních autorů.

Na výzkumu se podíleli hlavně vědci a vědkyně z Laboratoře buněčné biologie ÚEB, z nichž část zároveň působí na PřF UK. Spolupracovali rovněž s kolegy z Vysoké školy chemicko-technologické v Praze a Ústavu biochemie a biofyziky Polské akademie věd.

Více informací:

Ing. Martin Potocký, Ph.D.
Ústav experimentální botaniky AV ČR
potocky@ueb.cas.cz

Mgr. Lukáš Synek, Ph.D.
Ústav experimentální botaniky AV ČR
synek@ueb.cas.cz

Prof. RNDr. Viktor Žárský, CSc.
Katedra experimentální biologie rostlin, PřF UK
viktor.zarsky@natur.cuni.cz

Odkaz na publikaci:

https://doi.org/10.1073/pnas.2105287118

TZ ke stažení zde

Proteinový komplex exocyst je nezbytný pro správné fungování buněk, a tedy i celých organismů. Zajišťuje totiž transport různých látek z nitra buňky na přesně určená místa na jejím povrchu. Fotografie zachycují pokusnou rostlinu huseníček rolní a jeho orgány i buňky. V pozadí je model exocystu (světle hnědě a zeleně), který právě zakotvuje transportní váček (fialově) u plazmatické membrány na povrchu buňky.

Proteinový komplex exocyst je nezbytný pro správné fungování buněk, a tedy i celých organismů. Zajišťuje totiž transport různých látek z nitra buňky na přesně určená místa na jejím povrchu. Fotografie zachycují pokusnou rostlinu huseníček rolní a jeho orgány i buňky. V pozadí je model exocystu (světle hnědě a zeleně), který právě zakotvuje transportní váček (fialově) u plazmatické membrány na povrchu buňky.

Autor: Roman Pleskot
Proteinový komplex exocyst je nezbytný pro správné fungování buněk, a tedy i celých organismů. Zajišťuje totiž transport různých látek z nitra buňky na přesně určená místa na jejím povrchu. Fotografie zachycují pokusnou rostlinu huseníček rolní a jeho orgány i buňky. V pozadí je model exocystu (světle hnědě a zeleně), který právě zakotvuje transportní váček (fialově) u plazmatické membrány na povrchu buňky.

Proteinový komplex exocyst je nezbytný pro správné fungování buněk, a tedy i celých organismů. Zajišťuje totiž transport různých látek z nitra buňky na přesně určená místa na jejím povrchu. Fotografie zachycují pokusnou rostlinu huseníček rolní a jeho orgány i buňky. V pozadí je model exocystu (světle hnědě a zeleně), který právě zakotvuje transportní váček (fialově) u plazmatické membrány na povrchu buňky.

Autor: Lukáš Synek, Roman Pleskot
Pohled na molekulu proteinu EXO70A1 s fialově vyznačenými místy, která se podle počítačových simulací nejsilněji váže na plazmatickou membránu

Pohled na molekulu proteinu EXO70A1 s fialově vyznačenými místy, která se podle počítačových simulací nejsilněji váže na plazmatickou membránu

Autor: Roman Pleskot
Schéma vazby bílkovinného komplexu exocyst na plazmatickou membránu buňky. Podjednotka EXO70A1 se váže na některé specifické lipidy – látky tukové povahy – přítomné v membráně (zvýrazněny barevně).

Schéma vazby bílkovinného komplexu exocyst na plazmatickou membránu buňky. Podjednotka EXO70A1 se váže na některé specifické lipidy – látky tukové povahy – přítomné v membráně (zvýrazněny barevně).

Autor: Roman Pleskot, Martin Potocký

Kontakty pro média

Markéta Růžičková
vedoucí Tiskového oddělení
+420 777 970 812

Eliška Zvolánková
+420 739 535 007

Martina Spěváčková
+420 733 697 112

press@avcr.cz

Tiskové zprávy