Hlavní obsah

Vědci zmapovali původ „enzymu nesmrtelnosti“

Tým z institutu CEITEC Masarykovy univerzity a Biofyzikálního ústavu Akademie věd ČR publikoval studii, v níž rozšířil okruh organismů se známou RNA podjednotkou telomerázy a objasnil společný původ telomerázových RNA u rostlin, řas i evolučně vzdálenějších jednobuněčných organismů: nálevníků či rozsivek. Vědci tak zmapovali původ „enzymu nesmrtelnosti“ v časovém okně více než miliardy let.

Foto: CEITEC MU

Výzkumníci objasnili evoluci telomerázových RNA u rostlin. Na snímku je Petr Fajkus z Biofyzikálního ústavu AV ČR a spoluautorka studie Agata Kilar z CEITEC.

Článek

K důležitým výzkumným tématům patří biologie telomer díky svému vztahu k buněčnému stárnutí a nesmrtelnosti a také své úloze ve stabilitě genomu a rozvoji lidských onemocnění včetně rakoviny.

Pokud by vědci chápali, jak je aktivita telomerázy regulovaná, odhalili by biologické tajemství nesmrtelnosti

Telomeráza je komplex, který dokáže v buňkách kompenzovat zkracování konců chromozomů (telomer) v důsledku jejich neúplného kopírování před každým buněčným dělením. Bez telomerázy se totiž chromozomy zkracují při každém kopírování – v každém buněčném cyklu. Aktivita telomerázy proto souvisí s tím, zda je počet možných dělení buněk omezený, či nikoli.

„U lidských buněk je to v průměru asi 50 buněčných dělení, pokud nemají telomerázu aktivní. To, jak často se buňky dělí, závisí na typu tkáně – může to být jednou až dvakrát za 24 hodin, ale též rok nebo i desítky let. Z toho vyplývá, že tkáně s vysokou úrovní samoobnovování (např. kmenové buňky kostní dřeně či střevní sliznice) potřebují telomerázu nejvíce. Ale ne vždy ji naše regenerující tkáně mají,” objasnil pro Novinky vedoucí výzkumného týmu Jiří Fajkus z brněnského institutu CEITEC Masarykovy univerzity.

Na Galapágách se znovu objevila vyhynulá želva

Věda a školy

Tento molekulární biolog se svým týmem na Masarykově univerzitě a Biofyzikálním ústavu AV ČR, kde také dříve působil, se již přes 25 let zabývá problematikou telomer a telomerázy. Zároveň byl první na světě, kdo v roce 1996 popsal aktivitu telomerázy u rostlin.

Neomezený počet dělení je typický např. pro lidské kmenové buňky, nádorové buňky nebo buňky rostlin. Většina lidských tělních buněk nemá telomerázu aktivní a má tedy jen omezený počet dělení buněk. „To je důvod, proč naše buňky, tkáně i celý náš organismus stárnou,” připomínají odborníci z institutu CEITEC.

Foto: CEITEC MU

Profesor Jiří Fajkus (na snímku) a jeho kolegové zmapovali původ „enzymu nesmrtelnosti“ v časovém okně více než miliardy let.

Buňky s aktivní telomerázou jsou tedy na buněčné úrovni nesmrtelné. „Zkracování telomer je zásadní příčinou stárnutí a limitace počtu dělení. Replikace DNA před každým buněčným dělením je pro buňku velmi rizikový proces, v němž kromě neúplného kopírování telomer dochází ke vzniku poškození DNA a jejich následným opravám, které nejsou na 100 procent přesné. Replikativní zkracování chromozomů a umlčení telomerázy po dokončení embryonálního vývoje se zřejmě vyvinulo u relativně dlouhověkých organismů (jako člověk) právě jako ochrana proti vzniku rakoviny v důsledku hromadění poškození v buňkách. Rostliny jsou zajímavé tím, že dokážou telomerázu regulovat vratně – dokážou ji zvýšit při potřebě regenerace,” vysvětlil Fajkus.

Zázračný belgický chlapec je v 11 letech bakalářem, hledá klíč k nesmrtelnosti

Koktejl

Pokud by vědci přesně rozuměli tomu, jak je aktivita telomerázy regulovaná, odhalili by podle něj biologické tajemství nesmrtelnosti.

Společný předek před více než miliardou let

Základní součástí telomerázy je telomerázová RNA podjednotka, nazvaná TR, která poskytuje předlohu (templát) pro syntézu DNA na koncích chromozomů: telomer. Templátová oblast TR je rovněž klíčovým místem, kterým se telomeráza váže ke koncům telomer, které pak prodlužuje.

„Před dvěma roky jsme charakterizovali TR v rámci evolučního stromu všech cévnatých rostlin. Zjistili jsme, že geny pro rostlinné TR přepisuje z DNA do RNA nikoli RNA polymeráza II, jako je tomu u člověka a dalších živočichů či kvasinek, nýbrž RNA polymeráza III,” dodal Petr Fajkus (syn a kolega Jiřího Fajkuse) z Biofyzikálního ústavu AV ČR.

Vědci v Brně řeší poruchu řeči u lidí s parkinsonem

Věda a školy

V nově publikované práci se autoři pustili do charakterizace TR nejen u evolučně vzdálenějších „sourozenců“ a předchůdců vyšších rostlin – mechorostů a řas –, ale i ještě vzdálenějších organismů, jako jsou třeba jednobuněční nálevníci, kteří s rostlinami sdílejí tzv. fylogenetickou megaskupinu jménem Diaphoretickes. Ta tvoří téměř polovinu celého fylogenetického stromu eukaryot.

Eukaryota je doména zejména jednobuněčných organismů, její součástí jsou ale i mnohobuněčné formy jako živočichové, rostliny, houby či chaluhy. Eukaryotická buňka na rozdíl od prokaryotní obsahuje pravé buněčné jádro a množství dalších organel oddělených membránou od okolí.

„To znamená, že před více než miliardou let měly organismy z této megaskupiny společného předka,“ konstatoval Petr Fajkus. Jak na to ale přišli?

„Vyplývá to z časování jednotlivých větvení ve fylogenetickém stromu. Když sledujeme širokou skupinu – vlastně konce větviček fylogenetického stromu – a najdeme tam společný znak, lze usoudit, že tento znak tam byl už před těmi větveními. V případě fylogenetické skupiny Diaphoretickes odpovídá její stáří (čili okamžik, kdy se začala větvit) právě asi miliardě let. V literatuře se najdou údaje v rozpětí 1-1,5 miliardy let. Časování se zjišťuje jednak na základě stáří fosilních nálezů, ale hlavně na základě sekvencí genomů žijících potomků společných předků,” popsal Jiří Fajkus.

Letokruhy objasňují, jak vichřice narušují lesy. Tornáda ničí stromy i v Evropě

Věda a školy

Nakonec se ještě v rámci aktuální studie musela experimentálně potvrdit existence a funkčnost u vybraných kandidátních TR. Pokusy u mechu Physcomitrium patens (čepenka odstálá), provedené ve spolupráci s Marcelou Holou z Ústavu experimentální botaniky AV ČR, podle CEITEC jednoznačně potvrdily, že nově charakterizované TR jsou skutečnými podjednotkami telomerázy.

„V připraveném mechu jsme vyřadili z činnosti předpokládaný gen kódující TR. Aktivita telomerázy pak opravdu zmizela a telomery se zkrátily,” řekl Jiří Fajkus Novinkám.

Šest tisíc let staré ženy se zhmotnily v Brně

Věda a školy

Výsledky bádání tím pádem podle odborníků přinášejí zcela nové poznatky o evoluci klíčové eukaryotické nekódující RNA v časovém rozpětí více než miliardy let. A posouvají hranice lidského poznání o původu telomerázy, která zaručuje buněčnou nesmrtelnost.

Reklama

Související články

Výběr článků

Načítám