Sdílet
21. července 2020
Tisková zpráva;
Tým genetiků vedený Karlem Říhou z institutu CEITEC Masarykovy univerzity nedávno zjistil, že proteiny zapojené do kontroly kvality ribonukleové kyseliny (RNA) hrají mnohem složitější roli v regulaci genové exprese, než bylo doposud známo. Výzkumníci rozluštili komplexní spojení mezi kontrolním mechanismem eukaryotických buněk, známým jako NMD, který degraduje chybnou RNA, a obranou rostlin před patogeny. Tyto poznatky vědci získali za použití modelové rostliny Arabidopsis thaliana, česky huseníček rolní. Tým vědců odhalil, že významný NMD protein s názvem UPF1 hraje ústřední roli v několika genových regulačních mechanismech, včetně sestřihu (splicing) a translace mRNA, a kontroluje hladinu rostlinných imunitních receptorů v buňkách. Tato nová zjištění mohou vést k tvorbě plodin s lepší odolností proti škůdcům. Studie byla publikována v červenci 2020 ve vědeckém časopise The Plant Cell.
mRNA jsou důležité molekuly, které slouží jako šablona pro syntézu bílkovin. Název mRNA pochází z anglického výrazu messenger RNA, což znamená „poslíček“. Úkolem mRNA je dopravit kód genetický kód z jádra do cytoplasmy, kde dochází k jejich přepisu na proteiny. Výroba mRNA je vícestupňový proces, který se neobejde bez chyb, a proto část mRNA obsahuje nepřesnosti. Translace takovýchto chybných mRNA by vedla k defektním bílkovinám, což by mělo vliv na funkci buněk a orgánů. Naštěstí všechny eukaryotické buňky mají schopnost účinně odstraňovat chybnou mRNA prostřednictvím procesu známého jako NMD (z anglického nonsense mediated RNA decay). NMD můžeme přirovnat k oddělení kvality v buněčné továrně, které zajišťuje, že vadné mRNA jsou zničeny a nepřispívají tak k produkci bílkovin. Mechanismus NMD je důležitý pro životaschopnost mnohých organismů, včetně modelové rostliny Arabidopsis thaliana, kde jeho poškození vyvolává silnou autoimunitní reakci.
„NMD bylo dosud vnímáno především jako mechanismus kontrolující kvalitu RNA a o jeho dalších možných rolích bylo známo jen velmi málo. Při pozorování fenotypových rozdílů mezi různými mutanty huseníčku, nás napadlo, že tyto proteiny mohou mít i další funkce,“ vysvětlil Vivek Raxwal, první autor studie. Nejsilnější fenotyp vědci vypozorovali u mutantů s chybějícím proteinem UPF1. Vzhledem k tomu, že úplná inaktivace tohoto proteinu je pro rostlinu smrtelná, bylo velmi obtížné posoudit, jaký dopad tento protein skutečně má na regulaci genů. Výzkumný tým však přišel s nápadem, jak úmrtí mutantů zabránit, a to jim umožnilo rozsáhle prozkoumat vliv proteinu UPF1 na regulaci genů v celém genomu. Vědci vypozorovali, že zatímco UPF1 podporuje tvorbu proteinů z normální mRNA, tak zároveň potlačuje přepis chybných a méně stabilních mRNA. Mimo jiné vědci odhalili, jaký vliv má tento protein na proces sestřihu, který vytváří nové varianty mRNA, které mohou být důležité při reakci na různé stresové podmínky.
Výzkumný tým prokázal již ve své předchozí práci, že NMD hraje významnou roli při obraně rostlin před patogeny prostřednictvím regulace imunitních receptorů. Když je rostlina napadena patogeny, sníží aktivitu NMD, čímž se zvýší hladina mRNA kódující rostlinné imunitní receptory a spustí se obranná reakce v rostlinách. Ve své nejnovější studii vědci dále rozšířili svůj model a naznačují, že NMD také reguluje translaci těchto receptorů a udržuje jejich hladinu na úrovni, která umožňuje monitorovat přítomnost patogenů, ale zároveň zabraňuje neplánované aktivaci imunitní odpovědi. To ukazuje, že NMD není jen proces kontrolující kvalitu RNA, ale působí i jako sofistikovaný mechanismus regulující genovou expresi. „Další zkoumání vztahu mezi kontrolou kvality RNA a procesy jimiž se rostliny brání patogenům nás může přivést k plodinám odolnějším vůči škůdcům,“ uzavřel Karel Říha, hlavní autor této studie. V budoucnu vědecký tým plánuje podrobněji zkoumat NMD a jeho další funkce v regulaci genomu, jakožto i rozšířit své poznatky z modelové rostliny na plodiny.
Publikace
Raxwal VK, Simpson CG, Gloggnitzer J, et al. Nonsense-mediated RNA Decay Factor UPF1 is Critical for Post-transcriptional and Post-translational Gene Regulation in Arabidopsis [published online ahead of print, 2020 Jul 14]. Plant Cell. 2020;tpc.00244.2020. doi:10.1105/tpc.20.00244