Sdílet
8. dubna 2024
Studie pod vedením vědců z CEITEC Masarykovy univerzity a Biofyzikálního ústavu AVČR ukázala, jak eliminace proteinu FAS1 a proteinového komplexu KU70/80 ovlivňuje u rostlin délku jejich telomer, které slouží k ochraně konců chromozomů. Výzkum je nejnovějším příspěvkem k dokonalejšímu poznání klíčových procesů, které řídí životaschopnost buněk a celých organismů.
Každá buňka v lidském těle, tělech zvířat, rostlin i hub obsahuje ve svém jádru jedinečnou genetickou informaci zapsanou pomocí čtyř písmen – A, T, C a G. Jsou to stavební kameny, které tvoří řetězec DNA. Dva spřízněné řetězce DNA pak přisedají k sobě, vytvářejí spojení připomínající zapnutý zip a v této podobě se DNA dále stáčí do útvaru známého jako chromozom, ve kterém je DNA spojena s řadou proteinů, především histonů. Chromozom si lze v některých fázích života buňky představit jako dvě napnuté tkaničky od bot zkřížené v jednom bodě. A podobně jako mají tkaničky zpevněné konce, najdeme i na koncích chromozomů podobné úseky s ochranou funkcí – telomery, které pomáhají chromozomům zůstat celistvé a funkční po delší dobu. Telomery jsou často označovány za ukazatele stárnutí, jelikož během něj se délka telomer postupně zkracuje (platí to například pro většinu buněk v těle člověka) a jejich ochranná funkce se mění v závislosti na jejich délce a vazbě specifických bílkovin.
Sdružení vědců z pěti výzkumných institutů se na tyto konce zaměřilo u rostlin a zkoumali míru vzájemného vlivu dvou faktorů, jejichž jednotlivé vyřazení z funkce má zcela opačný efekt na délku telomer.
Protein FAS1 usnadňuje sbalování DNA ihned po jejím kopírování (replikaci) do kondenzované formy s komplexem bílkovin – histonů. Účastní se také oprav DNA a jeho vyřazení ze hry má běžně za následek výrazné zkrácení telomer a zhoršení životaschopnosti rostlin, u živočichů je dokonce fatální. U rostlin dochází ke komplikacím s růstem, tvorbou semínek a často i k předčasnému úhynu. Tyto důsledky se dokonce přenášejí i na další generace rostlin a lze je pozorovat pouhým okem.
Druhým hráčem je proteinový komplex KU70/80, který umí opravovat dvouřetězcové zlomy v DNA a současně chrání nejzazší konce telomer, aby nebyly omylem považovány za zlom DNA, který je nutné opravit. Znemožňuje rovněž alternativní způsoby prodlužování telomer. Vyřazení tohoto „obránce“ způsobuje u rostlin výrazné prodloužení telomer, které se ale na vzhledu a životaschopnosti rostlin nijak významně neprojeví.
„Pokusy na modelovém organismu (Arabidopsis thaliana/huseníček rolní), u kterého jsme eliminovali funkci obou těchto hráčů (FAS1 i KU70) najednou, nám ukázaly, že mají protikladný vliv na regulaci délky telomer. Přičemž vyřazení aktivity KU70 má na délku telomer dominantní vliv,“ uvádí Michal Závodník. „Eliminace KU70 navíc dokáže potlačit i to zkracování telomer, které je důsledkem vyřazení aktivity protihráče (FAS1). Různá intenzita dopadu vyřazení jednoho i druhého hráče vede ke vzniku různě dlouhých telomer, které jsou však delší oproti rostlinám s normální funkcí obou proteinů,“ doplňuje prof. Jiří Fajkus.
Bezprostředně v sousedství telomer se na dvou chromozomech huseníčku nacházejí geny pro tvorbu ribozomální RNA. Ty jsou uspořádány v několika stech kopiích za sebou a již dříve stejný tým z Masarykovy univerzity popsal, že v důsledku vyřazení FAS1 dochází k postupné ztrátě těchto kopií, podobně jako je tomu u opakujících se úseků DNA telomer. Na rozdíl od telomer však ztráta funkce proteinu KU70 u rostlin s vyřazenou funkcí FAS1 neměla žádný výrazný vliv na progresivní úbytek genů pro tvorbu ribozomální RNA.
Díky tomuto výzkumu se podařilo odhalit intenzitu vlivu a funkční propojení procesů, jichž se účastní FAS1 i KU70. Práce výzkumného týmu tak přispívá k lepšímu pochopení propojení a regulace procesů nezbytných pro zachování životaschopnosti buněk a organismů – tedy replikace DNA, sestavování chromatinu, oprav poškození DNA a udržování telomer.
Výzkum byl zveřejněn v časopise The Plant Journal a financován projekty GAČR (20-01331X, 23-06643S) a GAMU MUNI/R/1364/2023.
Autor/ka
