Odhalení programu apoptózy: Jak genetické poškození způsobené přírodním látkou methyleugenol v jaterních buňkách vede k buněčné smrti

Tým kolem Maxe Carlssona (vpravo), hlavního autora studie, a Philippa Demutha (spolutvůrce studie) odhalil mechanismus. (TUK/view)

Přírodní látka Methyleugenol se vyskytuje v různých bylinkách a kořenících rostlinách a prostřednictvím potravy se dostává do našeho těla. V játrech je aktivován prostřednictvím cizorodého metabolismu a může tak způsobit známé poškození genetického materiálu. Tým vědců z Technické univerzity Kaiserslautern (TUK) vedený profesorem Jörgem Fahrerem se nyní podařilo objasnit mechanismus buněčné smrti vyvolaný tímto poškozením DNA. Klíčovou roli zde hraje protein p53, který zásadně aktivuje program buněčné smrti a tím brání přežití silně poškozených jaterních buněk. Výsledky výzkumu byly nedávno publikovány v prestižním odborném časopise Cell Death & Disease.

Jaterní rakovina patří mezi nejčastější typy nádorových onemocnění a je spojena s virovými infekcemi jater, onemocněními tukové jaterní tkáně, chronickým alkoholismem a plísňovými jedy v potravě. Navíc jsou rostlinné toxiny podezřelé, že přispívají ke vzniku jaterní rakoviny. Mezi tyto látky patří i methyleugenol, který přirozeně vyskytuje v mnoha bylinkách a koření, jako je bazalka, estragon a fenykl, a prostřednictvím potravy se dostává do našeho těla. „Dosud bylo známo, že methyleugenol je metabolizován určitými enzymy v játrech a může tak vyvolat poškození DNA, tzv. DNA addukty,“ říká profesor Jörg Fahrer z oboru potravinové chemie a toxikologie na TUK.

Pro zjištění, jak buňky reagují na tato poškození DNA odvozená od methyleugenolu, použil tým profesora Fahrera různé biochemické, buněčně biologické a bioanalytické metody. Do výzkumu byly zapojeny také pracovní skupiny profesorky Elke Richling a bývalého juniorprofesora Alexandra Cartuse. Kromě toho se na studii podíleli vědci z Univerzitní medicíny Mainz a Univerzity Justus-Liebig v Gießenu, kteří ji financovali v rámci projektu s podporou německé výzkumné nadace.

Výzkumný tým nejprve pomocí takzvané hmotnostní spektrometrie prokázal tvorbu DNA aduktů v jaterních buňkách a dalších modelech buněk a jejich kvantifikaci. Dále poprvé dokázal, že poškození DNA blokuje proces replikace DNA, což je klíčové pro správné předání genetické informace při buněčném dělení. Pomocí vysoce rozlišené konfokální mikroskopie a proteinově-biochemických analýz charakterizoval aktivaci odpovědi na poškození DNA. „Tento buněčný ochranný program vedl v jaterních buňkách mimo jiné k aktivaci tumor-supresorového proteinu p53,“ doplňuje Max Carlsson, doktorand v týmu Fahrera a hlavní autor studie. Spolu s Dr. Anastasií Vollmer, která rovněž v týmu získala doktorát na toto téma, provedli klíčové experimenty studie.

Následně se výzkumný tým zaměřil na toxicitu poškození DNA. Další výzkumy ukázaly, že vysoká hladina DNA aduktů spouští programovanou buněčnou smrt, tzv. apoptózu, přičemž mitochondrie hrají klíčovou roli. „Mitochondrie jsou energetické továrny našich buněk, které se také podílejí na procesech buněčné smrti,“ vysvětluje profesor Fahrer. Kombinací molekulárně-biologických metod a konfokální mikroskopie vědci prokázali, že poškození DNA vede k vysoké regulaci určitých genů podílejících se na smrti buněk a k aktivaci proteinu Bax. „Jedná se o proapoptotický protein, který po aktivaci migruje na vnější stranu mitochondrií a zde tvoří póry,“ vysvětluje Max Carlsson.

Pro objasnění role p53 v aktivovaném programu buněčné smrti byl tento proces potlačen pomocí farmakologických inhibitorů a genetických metod v různých modelech buněk. Vědci tak ukázali, že ztráta p53 potlačuje aktivaci Bax a brání spuštění buněčné smrti v jaterních buňkách.

„Celkově naše zjištění ukazují, že v buňkách s výrazným poškozením DNA methyleugenolem je spuštěna mitochondriálně-závislá buněčná smrt prostřednictvím p53,“ říká profesor Fahrer. To by mohlo sloužit jako tumor-supresivní mechanismus, který pomáhá eliminovat silně poškozené buňky a tím zabránit vzniku trvalých genetických změn.

Publikace
Carlsson MJ, Vollmer AS, Demuth P, Heylmann D, Reich D, Quarz C, Rasenberger B, Nikolova T, Hofmann TG, Christmann M, Fuhlbrück JA, Stegmüller S, Richling E, Cartus AT a Fahrer J. p53 spouští mitochondriální apoptózu po poškození DNA závislém na stresu replikace způsobeném hepatotoxinem methyleugenolem. Cell Death Dis. 2022, 13(11): 1009.
Doi: 10.1038/s41419-022-05446-9
https://www.nature.com/articles/s41419-022-05446-9

Kontakt
Prof. Dr. Jörg Fahrer
Potravinová chemie a toxikologie
Fakulta chemie
TU Kaiserslautern
Telefon: 0631/2052974
E-mail: fahrer@chemie.uni-kl.de