Naukowcy z Kaiserslautern i Saarbrücken odkrywają związek między przemianą materii komórki a podziałem komórkowym

Peroksyreksyna-Wodórperoksyd (H2O2)-zależny relais redoksowy tiolowy (cykl redoks Prx) łączy się z cyklem metabolizmu drożdży (YMC), aby kontrolować wejście/wyjście z cyklu podziału komórki (CDC). HOC = wysoki, LOC = niski pobór tlenu. (Dr Prince Saforo Amponsah)

Wiele procesów biologicznych podlega rytmicznym zmianom. Znane przykłady to na przykład tak zwany rytm okołodobowy, czyli „wewnętrzny zegar” o około 24-godzinnym okresie, lub nieco krótszy rytm ultradianny. Często podział komórek jest związany z tym rytmem. Biolodzy z Saarbrücken i Kaiserslautern odkryli, że ten rytm i jego powiązanie z podziałem komórek ściśle związane są z nadtlenkiem wodoru. Badanie zostało opublikowane w renomowanym czasopiśmie naukowym Nature Chemical Biology.

Procesy w organizmach, aż do poziomu molekularnego, podążają za starannie skomponowaną choreografią. Bardzo ważne dla tych procesów w ciele są również ściśle określone rytmy, którym podlegają określone cykle. Na przykład, około 24-godzinny cykl okołodobowy, czyli „wewnętrzny zegar”, odgrywa ważną rolę w mechanizmach metabolicznych i podziału komórek w komórkach.

Naukowcy z Saarbrücken i Kaiserslautern przyjrzeli się bliżej podobnemu cyklowi, nieco krótszemu cyklowi ultradiannemu u drożdży piekarskich. „Jeszcze nie poznaliśmy wszystkich szczegółów dotyczących molekularnych mechanizmów sterujących rytmami okołodobowymi” — mówi dr Prince Saforo Amponsah, biochemik z laboratorium genetyki molekularnej na TUK i główny autor pracy. „Nasze badania są jednak ważnym elementem układanki.”

Pod kierownictwem Bruce'a Morgana, profesora biochemii na Uniwersytecie Saarlandu, specjaliści zbadali, co dzieje się w modelowym organizmie, drożdżach piekarskich, gdy celowo zmienia się metabolizm komórek. Dotychczas wiadomo było, że procesy metaboliczne i cykle podziału komórek często przebiegają synchronicznie zgodnie z takimi rytmami. Nie było jednak jasne, czy rytmiczne zmiany w metabolizmie są przyczyną czy skutkiem podziału komórek.

Za pomocą nowoczesnych fluorescencyjnych sensorów naukowcy mogli obserwować rytmiczne zmiany poziomu nadtlenku wodoru. Nadtlenek wodoru od dawna był znany głównie z tego, że stresuje i uszkadza komórki. „Przeanalizowaliśmy reakcję białka peroksydoreksyny i jej wpływ na cykl podziału komórek” — wyjaśnia Bruce Morgan. Białko to reaguje bardzo wrażliwie na nadtlenek wodoru i dlatego nadaje się szczególnie dobrze do dalszego badania złożonego mechanizmu „wewnętrznego zegara” komórek.

Teraz naukowcy wydają się móc odpowiedzieć na pytanie, czy zmiana tego rytmu jest przyczyną czy skutkiem zmiany metabolizmu: „Stwierdziliśmy, że powiązanie między metabolizmem a podziałem komórek zostaje przerwane, gdy inaktywujemy peroksydoreksynę u drożdży piekarskich” — wyjaśnia biochemik Morgan, który jako młodszy profesor na TUK prowadził badania, zanim niedawno przeniósł się do Saarlandu. Podział komórek wtedy przebiega niezależnie od metabolizmu komórek. Ponadto naukowcy mogli precyzyjnie kontrolować, kiedy komórki wchodzą i wychodzą z cyklu podziału, sterując dokładnie cyklami metabolicznymi.

„Po raz pierwszy możemy udowodnić, że peroksydoreksyny odgrywają kluczową rolę w pomiarze czasu na poziomie komórkowym, wykorzystując nadtlenek wodoru jako paliwo do pełnienia funkcji zegara” — mówi Amponsah, który przeprowadził badania w ramach swojej pracy doktorskiej na TUK. „To zwieńczenie około czterech lat ciężkiej pracy i roku recenzji naukowej. Naprawdę cieszyłem się, że mogłem pracować nad tym projektem, ponieważ przyniósł on wiele innowacji i nowych odkryć.”

Te podstawowe odkrycia badaczy mogą być ważne dla lepszego zrozumienia niekontrolowanego podziału komórek w komórkach nowotworowych. Wiadomo, że podział komórek w komórkach nowotworowych często jest odłączony od zegara okołodobowego. W przyszłości będzie bardzo interesujące zbadać, czy zaburzona regulacja nadtlenku wodoru ma w tym udział.

W badaniach brały również udział prof. Zuzana Storchová, kierująca laboratorium genetyki molekularnej na TUK, oraz dr Galal Yahya Metwally, stypendysta Humboldta i gościnny naukowiec w ich grupie badawczej. „Ta współpraca pokazuje, jak połączenie różnych podejść przynosi nowe odkrycia na stare pytania” — mówi Storchová. „Mamy nadzieję, że nasz model badawczy w przyszłości dostarczy kolejnych informacji na temat tego, jak cykl komórkowy jest synchronizowany z rytmem zegara metabolicznego.”