Zahlavi

Vědci odhalili nový významný mechanismus pro zdravé fungování buňky

26. 11. 2021

Vědcům se podařilo odhalit dosud neznámý mechanismus, který kontroluje a ovlivňuje fungování genů v buňce. Zásadní vliv má na expresi genů, tedy jejich zapínání a vypínání. Objev může přispět k lepšímu porozumění buňky a v důsledku i k léčbě onkologických, virových a neurodegenerativních onemocnění. Výzkum týmu z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR a z Baylor College of Medicine v USA uveřejnil časopis Science.   

Dosud se biologové při zkoumání vypínání či zapínání genů zaměřovali většinou jen na roli jednotlivých proteinů. „Zjistili jsme ale, že některé mohou regulovat expresi genů také kolektivně, skládají se do větších celků, jde o koordinovanou spolupráci,” vysvětluje Václav Veverka z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČRjeden z vedoucích mezinárodního vědeckého týmu.   

2021-11-25_Veverka
Václav Veverka z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR

Nová studie navázala na předchozí společný výzkum Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR a Katolické univerzity v belgické Lovani. Vědci se v něm zaměřili na interakce vybraných bílkovin v kontextu leukémie a infekce HIV, zejména interakce zprostředkované jedním typem proteinových domén označovaných jako TND (z angl. TFIIS N-terminal domain). Nyní své zkoumání rozšířili a domény TND objevili i v mnoha dalších bílkovinách.   

„Našli jsme je všude, kam jsme se podívali. Především ve složitém soustrojí, které reguluje prodlužování řetězce RNA při přepisu z DNA. To je jeden z prvních kroků genové exprese ve všech lidských buňkách,“ říká hlavní autorka článku v časopise Science Kateřina Čermáková. Na projektu pracovala jak v Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR, tak později i na Baylor College of Medicine. 

Dirigent buňky
Výzkum ukázal, že všechny důležité bílkovinné komplexy asistující při procesu prodlužování řetězce RNA obsahují nebo se váží na TND domény. Fungují jako záchytná platforma pro další bílkoviny, především pro krátké nestrukturované úseky bílkovin známé jako TND interakční motivy (TIM). O nestrukturované oblasti bílkovin toho není mnoho známo. Jde o „temnou hmotu“ buňky, která se obtížně studuje. I proto se vědci na TIM detailně zaměřili.  

„Nestrukturovanou oblast je možné si představit jako vlákno, které je na jednom konci volné a divoce vlaje jako v prudkém větru. Jakmile narazí na správnou TND doménu z jiné bílkoviny, okamžitě se k ní pevně přivine, aby ji drželo nablízku,“ vysvětluje strukturní biolog Václav Veverka.  

Dosud neznámé propojování nestrukturovaných částí bílkovin s doménami TND hraje zásadní roli v počátečních fázích genové exprese. Významnou úlohu v prodlužování řetězce RNA  bílkovina IWS1, které vědci připisovali druhořadou roli.  

„Zjistili jsme, že právě díky TND-TIM interakcím tato bílkovina funguje v buňce jako dirigent, který najednou koordinuje aktivitu mnoha různých faktorů ovlivňujících transkripci, takže celý systém funguje v harmonické souhře,“ doplňuje Václav Veverka. 

Objevený mechanismus je klíčový pro základní buněčné funkce, zdravé fungování buňky. Může přispět k lepšímu porozumění onemocnění, při kterých dochází k narušení exprese genů. Nestrukturované oblasti bílkovin mohou představovat nový důležitý cíl pro lepší léčbu těchto nemocí. 

Text: Zuzana Šprinclová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto:
Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, Tomáš Belloň, Jakub Stadler

 Licence Creative Commons Text je uvolněn pod svobodnou licencí Creative Commons.

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