Výzkumníci z Kaiserslautern a Saarbrücken nacházejí souvislost mezi buněčným metabolismem a buněčným dělením

Peroxiredoxin-Peroxid vodíku (H2O2)-závislý thiolový redoxový relé (Prx-redoxní cyklus) se váže na kvasinkový metabolický cyklus (YMC), aby kontroloval vstup/výstup do/z buněčného cyklu (CDC). HOC = vysoký, LOC = nízký spotřeba kyslíku. (Dr. Prince Saforo Amponsah)

Viele biologické procesy podléhají rytmickým změnám. Známými příklady jsou například takzvaný cirkadiánní rytmus, „vnitřní hodiny“ s přibližně 24hodinovým cyklem, nebo o něco kratší ultradiánní rytmus. Často je buněčné dělení spojeno právě s tímto rytmem. Biologové ze Saarbrückenu a Kaiserslauternu nyní zjistili, že tento rytmus a jeho spojení s buněčným dělením úzce souvisí s peroxidem vodíku. Studie byla publikována v prestižním odborném časopise Nature Chemical Biology.

Procesy v živých organismech sledují, až na molekulární úroveň, jemně orchestrální choreografii. Velký význam pro tyto procesy v těle mají také přísně stanovené rytmy, kterým určité cykly podléhají. Například přibližně 24hodinový cirkadiánní cyklus, jakási „vnitřní hodina“, hraje důležitou roli při metabolismu a mechanismech buněčného dělení v buňkách.

Vědci ze Saarbrückenu a Kaiserslauternu nyní podrobněji prozkoumali podobný cyklus, o něco kratší ultradiánní cyklus kvasinkové houby. „Ještě nejsou prozkoumány všechny detaily molekulárních mechanismů, které řídí cirkadiánní rytmy,“ říká Dr. Prince Saforo Amponsah, biochemik v laboratoři molekulární genetiky na TUK a hlavní autor studie. „Naše výzkumy však představují důležitou část řešení této skládačky.“

Pod vedením Bruce Morgan, profesora biochemie na Univerzitě Saarlandu, vědci zkoumali, co se děje v modelovém organismu kvasinky, když cíleně mění metabolismus buněk. Dosud bylo známo, že metabolické procesy a cykly buněčného dělení v zdravých buňkách často probíhají synchronně podle těchto rytmů. Zatím nebylo jasné, zda rytmické změny v metabolismu jsou příčinou nebo důsledkem buněčného dělení.

S pomocí nových fluorescenčních senzorů vědci mohli sledovat rytmické změny hladiny peroxidu vodíku. Peroxid vodíku byl dlouho znám spíše jako stresor a škodlivý pro buňky. „Zkoumali jsme protein peroxiredoxin a jeho reakci s peroxidem vodíku, stejně jako dopady na cyklus buněčného dělení,“ vysvětluje Morgan. Protein peroxiredoxin totiž reaguje velmi citlivě na peroxid vodíku a je proto ideální k dalšímu pochopení složitého mechanismu „vnitřních hodin“ buněk.

Otázku, zda je změna tohoto rytmu příčinou nebo důsledkem změny metabolismu, se vědci nyní zřejmě podařilo zodpovědět: „Zjistili jsme, že spojení mezi metabolismem a buněčným dělením je přerušeno, když inaktivujeme peroxiredoxin u kvasinek,“ vysvětluje biochemik Morgan, který před nedávnem přestoupil na TUK jako mladší profesor. Buněčné dělení pak probíhá nezávisle na metabolismu buněk. Navíc vědci přesně dokázali řídit, kdy buňky vstupují a vystupují z cyklu buněčného dělení, tím, že přesně kontrolovali metabolické cykly.

„Nyní můžeme poprvé doložit, že peroxiredoxiny hrají klíčovou roli v buněčném časování tím, že využívají peroxid vodíku jako palivo k plnění své funkce jako časoměrů,“ říká Amponsah, který výzkum vedl při své disertační práci na TUK. „Je to vrchol přibližně čtyř let tvrdé práce a jednoho roku peer-review. Práce na tomto projektu mi opravdu přinesla radost, protože přinesla mnoho inovací a nových poznatků.“

Tato základní zjištění vědců by mohla být důležitá pro lepší pochopení nekontrolovaného buněčného dělení v nádorových buňkách. Je známo, že buněčné dělení v rakovinných buňkách je často odpojené od cirkadiánního hodiny. Do budoucna bude velmi zajímavé zkoumat, zda je narušená regulace peroxidu vodíku tímto procesem také ovlivněna.

Na výzkumu se rovněž podíleli prof. Zuzana Storchová, která vede molekulární genetiky na TUK, a Dr. Galal Yahya Metwally, držitel stipendia Humboldt a hostující vědec v jejich skupině. „Tato spolupráce ukazuje, jak kombinace různých přístupů přináší nové poznatky k starým otázkám,“ říká Storchová. „Doufáme, že náš modelový systém v budoucnu přinese další poznatky o tom, jak je buněčný cyklus synchronizován s taktem metabolismu.“