Katedra molekulární biologie a genetiky
Department of molecular biology and genetics
Menu

Jak fungují proteinové „stroje“ v buněčných elektrárnách eukaryotických organismů

Novou studii parazitologů vybral prestižní časopis Current Biology jako stěžejní článek aktuálního čísla...


Jak přesně fungují proteinové „stroje“ v buněčných elektrárnách eukaryotických organismů popisuje nová studie parazitologů z Jihočeské Univerzity, která byla publikována na začátku listopadu v prestižním vědeckém časopise Current Biology. Editoři časopisu vybrali studii jako stěžejní článek aktuálního vydání a zpřístupnili ho bezplatně jako tzv. open access  on-line.

Mitochondrie, důležité a starobylé součásti eukaryotických buněk (mezi eukaryota patříme my, lidé, houby a rostliny), fungují jako buněčné elektrárny, které vyrábí energii pro celou buňku. Tyto elektrárny mají složitou stavbu, kterou rámují dvě membrány - vnější a vnitřní. Mezi oběma membránami se nachází mezimembránový prostor a zcela uvnitř mitochondrie, uzavřený vnitřní membránou je tzv. matrix, vnitřní prostor.

Vnitřní membrána má poměrně komplikovanou strukturu. Je zvlněna do záhybů, tzv. krist, které tvarem připomínají prsty natahující se do matrixu. Kristy jsou sidla proteinových komplexů; můžeme si je představit jako molekulární stroje, ve kterých pracuje množství nejrůznějších bílkovin, z nichž každá představuje nepostradatelnou součástku pro správné fungování životně důležitých buněčných procesů, jako je dýchání a vyrábění energie.

Vzhledem k tomu, že mitochondrie i jejich kristy jsou evolučně starobylé části buněk, vyskytují se v široké škále nejrůznějších eukaryot. Máme je my, lidé, houby a rostliny, ale také naši vzdálenější příbuzní, jednobuněčná eukaryota, tzv. prvoci. Do této různorodé a fascinující skupiny prvoků patří i původce spavé nemoci, parazit Trypanozoma spavičná (Trypanosoma brucei). A právě tohoto parazita si vybral tým molekulárních biologů z Přírodovědecké fakulty JU a Parazitologického ústavu BC AV ČR pod vedením Hassana Hashimiho jako modelový organismus pro výzkum funkcí bílkovinných komplexů vnitřní mitochondriální membrány.

Vědci se rozhodli zodpovědět následující otázky: jaké části výše zmiňovaných molekulárních strojů jsou společné napříč celou říší eukaryot, a jaké části se naopak odlišují a jsou specifické jen pro určité druhy eukaryot? Zaměřili se na bílkovinný komplex MICOS (mitochondrial contact site and cristae organization system). U kvasinek (blízkého příbuzného hub) a člověka (nadále je budeme společně nazývat "kvověk") je známé, že tento proteinový komplex dává kristám tvar, vytváří místa, kde vnitřní a vnější membrána přicházejí do těsného kontaktu a také kde se připojují kristy ke zbytku vnitřní membrány. Pokud se tento MICOS „stroj“ rozbije, kristy se oddělí od vnitřní membrány a plují v matrixu.

V trypanozomě byl původně nalezen pouze jeden gen pro jedinou bílkovinu MICOSového komplexu.  Díky této informaci dokázali vědci u trypanozomy izolovat celý bílkovinný komplex MICOS, stejným způsobem jako, když vytáhnete viditelnou úchytku šuplíku, abyste zjistili, co je uvnitř,  a podívat se na to, v čem je podobný a v čem naopak rozdílný ve srovnání s MICOSem u kvověka. Badatelé zjistili, že kontaktní místo vnitřní a vnější membrány i připojení krist k vnitřní membráně jsou stejnéjak u trypanosomy, tak i u kvověka. Vzhledem k tomu, že tyto dva typy organismů jsou si příbuzensky tak vzdálené, jak jen si lze představit, lze s jistotou tvrdit, že tato role MICOSu je shodná a zásadní napříč všemi eukaryoty.

S pomocí kolegů z Laboratoře elektronové mikroskopie na Biologickém centru mohl tým vědců rovněž přímo pozorovat komplex MICOS na mitochondriálních kristách a sledovat i to, jaké důsledky má  genetické odstranění MICOSu na tvar krist.

Překvapující byly rozdíly, které vědci objevili. Kromě již zmiňované osamělé bílkoviny MICOSového komplexu se ostatní proteiny velmi liší od těch, které najdeme u kvověka. Navíc se ukazuje, že jeden z proteinů má úplně odlišnou roli než jakýkoli známý protein u kvověčího MICOSu, a to, že pomáhá zachytit proteiny, které patří do mezimembránového prostoru.  Mezi proteiny v mezimembránovém prostoru jsou totiž malé proteiny, které jsou součástí bílkovinných komplexů, respiračního řetězu nacházejícího se v kristách.

Tato studie prokazuje, že bílkovinný komplex MICOS u trypanozomy nejen pomáhá dát kristám tvar, ale také umístit proteinové komplexy v té části mitochondrií, která je zodpovědná za buněčné dýchání. Nezodpovězenou otázkou zatím zůstává, zda je MICOS u trypanozomy výjimkou, protože tuto funkci má, anebo zda je výjimkou MICOS u kvověka, když takový protein vůbec nemá.

Current Biology: Volume 28, ISSUE 21, P3393-3407.e5, November 05, 2018

The Diverged Trypanosome MICOS Complex as a Hub for Mitochondrial Cristae Shaping and Protein Import

Iosif Kaurov, Marie Vancová, Bernd Schimanski, Lawrence Rudy Cadena, Jiří Heller, Tomáš Bílý, David Potěšil, Claudia Eichenberger, Hannah Bruce, Silke Oeljeklaus, Bettina Warscheid, Zbyněk Zdráhal, André Schneider, Julius Lukeš, Hassan Hashimi