Vědci objasnili, jak rostlinné buňky spouštějí životně důležité procesy

Vědci detailně popsali úplný začátek rostlinné endocytózy – jednoho z nejdůležitějších procesů, který buňkám umožňuje přijímat látky z okolního prostředí. Na výzkumu spolupracovali badatelé z Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR, z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy a z několika belgických institucí. Objev publikovaný v časopise Nature Plants může v budoucnu pomoci při přesnějším řízení buněčného dělení rostlin i šlechtění zemědělských plodin.

Rostlinné buňky fungují podobně jako malé logistické centrum – neustále přijímají a třídí látky potřebné pro růst a komunikaci. Endocytóza je proces, při němž se z povrchu buňky oddělují drobné váčky nesoucí různé látky dovnitř. Tento mechanismus je zásadní pro příjem některých živin a hormonů, regulaci buněčného dělení i udržení správné funkce membrány. První fáze endocytózy, kterou tým nyní detailně popsal, je zakřivení – vchlípení – malé oblasti povrchové membrány směrem dovnitř buňky. Z membrány se v tomto místě nakonec zformuje mikroskopický váček, který se oddělí a putuje se svým „nákladem“ na místo určení.

Jak buňka startuje svou dopravu

Belgicko-český tým vedený Daniëlem Van Dammem z institutu VIB Center for Plant Systems Biology a Univerzity v Gentu a Romanem Pleskotem z Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR (ÚEB AV ČR) spojil experimenty a výpočetní simulace a zkoumal, jak proteinový komplex TPLATE spouští první fázi endocytózy. „Už před časem jsme dokázali, že komplex je nutný pro zakřivení membrány na povrchu buňky. Nyní jsme zjistili, jak to pravděpodobně dělá,“ vysvětluje Roman Pleskot z ÚEB AV ČR. „Nejprve jsme vytvořili podrobný model struktury komplexu TPLATE. Struktura nám poskytuje mnoho informací o funkci molekul – můžeme to přirovnat k důkladnému prohlédnutí jízdního kola, kdy dokážete snadno pochopit, jak funguje a k čemu slouží,“ dodává.

Ukázalo se, že komplex TPLATE je tvořen dvěma odlišnými částmi. Zjednodušeně řečeno, jedna část má pevnou strukturu, zatímco druhá může flexibilně měnit tvar. Matematické simulace molekulárních interakcí mezi komplexem a membránou potvrdily, že endocytóza začíná tehdy, když se tvárné části alespoň dvou komplexů setkají na povrchu membrány. Teprve jejich vzájemná spolupráce s pevnějšími částmi umožní vznik charakteristické vchlípeniny, z níž se následně oddělí transportní váček.

„Simulace dějů na molekulární úrovni nám slouží jako ‚výpočetní mikroskop‘. Díky němu vidíme více, než bychom viděli sebelepším fyzickým mikroskopem. Podstatná je také souhra mezi experimentálním a výpočetním přístupem k problému. Výsledky pokusů můžeme ověřovat simulacemi a naopak, což zefektivňuje práci a umožňuje řešit i velmi složité otázky,“ říká spoluautorka článku Michaela Neubergerová, doktorská studentka Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy, která zároveň pracuje v laboratoři Romana Pleskota v ÚEB AV ČR.

Dopady pro výzkum a evoluci

Roman Pleskot získal v roce 2022 prestižní pětiletý grant Junior STAR určený mladým vědcům pro vybudování vlastní výzkumné skupiny. Hlavním tématem jeho týmu jsou nyní procesy zapojené do dělení rostlinných buněk – včetně endocytózy. „Když detailně porozumíme molekulárním mechanismům, budeme moci buněčné dělení přesně regulovat. To je důležité i pro šlechtění lepších odrůd plodin. Výsledky projektu otevírají různé možnosti dalšího výzkumu – můžeme zkoumat další fáze endocytózy a její evoluci,“ dodává Roman Pleskot.

Komplex TPLATE je evolučně staré řešení, které chybí u živočichů a kvasinek, kde endocytóza probíhá odlišně. Porozumění spolupráci pevné a flexibilní části komplexu tak přináší širší vhled do fungování životně důležitých buněčných procesů.

Odkaz na publikaci (placený přístup):    https://doi.org/10.1038/s41477-025-02146-y   

Kontakt:
Mgr. Jan Kolář, Ph.D.
oddělení komunikace
Ústav experimentální botaniky Akademie věd ČR
kolar@ueb.cas.cz  

Ing. Roman Pleskot, Ph.D.
vedoucí Laboratoře integrační strukturní biologie
Ústav experimentální botaniky Akademie věd ČR
pleskot@ueb.cas.cz

Přečtěte si také

• Mezinárodní soutěž Dream Chemistry Award poprvé v historii vyhrál Čech
• V Praze začíná mezinárodní konference o rentgenové optice v astronomii
• Matka předává rytmické metabolické signály mozku plodu
• Umělá inteligence rozpozná parazitické vejce lépe než průměrný ornitolog
• Jeden název, sedm druhů: vědci odhalili chyby v určení hub ze světových sbírek
• Vědci z CzechGlobe vyvinuli první globální monitoring dopadů sucha
• Vědci z ÚOCHB AV ČR představili novou metodu značení biomolekul
• Ceny Akademie věd vyzdvihnou mimořádné výsledky i popularizaci vědy
• Vyplatí se jít na vysokou školu, když se ekonomice nedaří?
• Sto let staré želvy ožívají v digitálním světě