Střípky vědy

Tato stránka patří přelomovým objevům českých vědců pracujících v zahraničí. Patříte-li mezi ně a měli jste v poslední době významný vědecký úspěch, napište nám. Rádi opublikujeme vaše příspěvky. Uvítáme, pokud sami krátký text napíšete.


Derivát metabolitu imunitních buněk účinný v boji proti lupénce

24. 6. 2019

Při aktivaci makrofágů, klíčových imunitních buněk učinných v boji proti infekcím, dochází ke komplexním změnám v jejich buněčném metabolismu. Tyto změny mimo jiné vedou k tvorbě metabolitu zvaného itakonát, který se jinak v klidových buňkách nevyskytuje. Bylo ukázáno, že itakonát může mít antibakteriální účinky, čehož by makrofágy mohly využít v případě bakteriálních infekcí. Vědci z Washington University v Saint Louis, USA, však překvapivě identifikovali, že itakonát vykazuje spíše protizánětlivé učinky a může se uplatnit v léčbě autoimunitních onemocnění.

dimethyl itakonát

V práci publikované v časopise Nature Monika Bambousková během svého postdoktorálního pobytu na Washigton University v Saint Louis popsala, že itakonát v buňkách působí chemicky jako tzv. elektrofil a je tedy schopen přímo se vázat na některé části biomolekul přítomných v buňkách. Při studiu dimethyl itakonátu, reaktivnějšího derivátu itakonátu, se tak podařilo objasnit jeho silné protizánětlivé účinky. Dimethyl itakonát přímo blokuje produkci klíčového transkripčního faktoru IκBζ, který je nezbytný pro správný průběh imunitní reakce zprostředkované makrofágy. Byl tak objeven nový způsob selektivního zásahu do aktivace těchto imunitních buněk. Důležitost tohoto objevu však spočívá i v tom, že IκBζ je nejen klíčovým faktorem v aktivaci makrofágů, ale uplatňuje se i jako regulátor zánětlivé dráhy řízené interleukinem-17 (IL-17). Právě tato dráha je zesílená v mnohých autoimunitních onemocněních, jako například v lupénce, roztroušené skleróze a dalších. Nové poznatky získané při studiu dimethyl itakonátu tak nabídly účinný nástroj zásahu nejen do aktivace makrofágů, ale také do imunitní odpovědi řízené IL-17. Při lupénce hraje IκBζ důležitou roli v komunikaci imunitních a kožních buněk, tzv. keratinocytů. Dimethyl itakonát účinně blokoval produkci IκBζ jak v myších, tak i v lidských keratinocytech aktivovaných IL-17. Tyto a další výsledky tak daly podnět k testování dimethyl itakonátu na myším modelu lupénky, kde tato látka zcela zabránila vzniku patologických příznaků lupénky na kůži testovaných myší.

Tyto výsledky, získané při studiu derivátu přirozeného metabolitu imunitních buněk, byly potvrzeny na lidských buňkách a získané poznatky byly využity k navržení nových léčebných postupů pro léčbu autoimunitních nemocí.

Na závěr je třeba zmínit, že látka chemicky podobná dimethyl itakonátu, dimethyl fumarát, se již delší dobu úspěšně využívá při léčbě lupénky i roztroušené sklerózy. Detailní mechanismus jejího lečebného účinku je však stále předmětem studia. V publikované práci vědci rovněž potvrdili, že i dimethyl fumarát vykazuje schopnost selektivně blokovat IκBζ. Získané výsledky tedy přispěly k pochopení obecného imunoregulačního působení skupiny klinicky důležitých látek s vlastnostmi podobnými itakonátu. Jako zajímavost do této skupiny patří rovněž přírodní látky izolované např. z brokolice, které jsou známé svými protizánětlivými učinky.

Bambouskova M, Gorvel L, Lampropoulou V, Sergushichev A, Loginicheva E, Johnson K, Korenfeld D, Mathyer ME, Kim H, Huang LH, Duncan D, Bregman H, Keskin A, Santeford A, Apte RS, Sehgal R, Johnson B, Amarasinghe GK, Soares MP, Satoh T, Akira S, Hai T, de Guzman Strong C, Auclair K, Roddy TP, Biller SA, Jovanovic M, Klechevsky E, Stewart KM, Randolph GJ, Artyomov MN. Electrophilic properties of itaconate and derivatives regulate the IκBζ-ATF3 inflammatory axis. Nature. 2018 Apr;556(7702):501-504.

Souhrny: tisková zpráva

Dempsey LA. Immunoregulatory itaconate. Nat Immunol 2018 Jun;19(6):511.

Bordon Y. Itaconate charges down inflammation. Nat Rev Immunol 2018 Jun;18(6):360-361.


Hlubokomořské ryby vidí barevně díky extra kopiím genů pro tyčinkové opsiny

12. 5. 2019

Článek se objevil i na obálce časopisu

Ryby žijící v hlubinách oceánů mají překvapivě velmi dobře vyvinutý zrak, s ohledem na to, že do jejich přirozeného prostředí neproniká žádně sluneční světlo. Je to přizpůsobení pro detekci bioluminiscence, kterou mnozí živočichové v tomoto habitatu produkují. Zuzana Musilová během svého postdoktorálního pobytu na univerzitě ve švýcarské Basileji analyzovala genomy mnoha hlubokomořských ryb a odhalila překvapivě zmnožené geny pro fotopigment rodopsin v tyčinkách. Ukázalo se, že extra kopie rodpsinu, které se v průběhu evoluce rozrůznily umožňují rybám obdobu barevného vidění ve skoro úplné tmě. Standartní barevné vidění pomocí čípků funguje pouze při intenzivním osvětlení, protože čípky jsou méně citlivé než tyčinky. Nyní Zuzana vede vlastní výzkumný tým na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy a dále se zabývá evolucí smyslového vnímání a speciací u ryb i díky prestižnímu grantu ze Švýcarska. Výzkum byl publikován v časopise Science, krátké shrnutí zde, tisková zpráva na webu Přírodovědecké fakulty a článek v The New York Times.

Musilova, Z., Cortesi, F., Matschiner, M., Davies, W. I., Patel, J. S., Stieb, S. M … & Salzburger, W. (2019) Vision using multiple distinct rod opsins in deep-sea fishes. Science. 6440 (364) 588-592


Jak buňky řeší, když se srazí ribozomy při překladu mRNA?

12. 5. 2019

Ilustrace k článku se dostala na obálku časopisu.

Během překladu mRNA se občas přihodí, že se ribozom zasekne na mRNA a další ribozomy na stejném vlákně mRNA do něj narazí jako při nehodě na dálnici. Eukaryotické buňky mají funkční systémy kontroly kvality překladu a nakupené ribozomy na vlákně mRNA spouští signál, že s translací dané mRNA je něco v nepořádku. Důsledkem této kontroly je degradace vadné mRNA (typicky skrze tzv. No-Go Decay, NGD) a překládaného polotovaru proteinu, který by mohl být pro buňku toxický (skrze tzv. ribosome-associated quality control, RQC) a také recyklace zastavených ribozomů na dále použitelné podjednotky. Už dříve bylo známo, že k nastartování kontroly kvality RQC je nezbytná ubiquitin ligáza Znf598/Hel2, nebylo ale jasné, jestli je aktivita tohoto enzymu nezbytná i pro NGD a jak Hel2 rozpozná problémy při translaci na začátku celého procesu.

Ve spolupráci s kolegy z Japonska se Petru Těšinovi během postdoktorálního pobytu na univerzitě v Mnichově podařilo zjistit, že procesy NGD a RQC jsou propojeny skrze aktivitu enzymu Znf598/Hel2. Minimální strukturní jednotka kolidujících ribozomů jsou dva ribozomy vedle sebe, tzv. dizom, a mezi nimi vzniká unikátní rozpoznatelné strukturní rozhraní zejména interakcí obou malých ribosomálních podjednotek. Pomocí moderního přístupu ve strukturní biologii tzv. kryoelektronové mikroskopie vědci zjistili, že Hel2 ubiquitin ligáza je schopná toto strukturní rozhraní rozeznat. Hel2 spouští NGD a RQC polyubiquitinací ribosomálních proteinů nacházejících se na tomto rozhraní a umožňuje také alternativní cestu k aktivaci NGD. Tento výzkum podtrhuje fakt, že si buňky vyvinuly mnoho fascinujících systémů kvality kontroly, kterými čelí tomu, že většina procesů v buňce má poměrně vysokou chybovost. Po zahrnutí systémů kvality kontroly do replikace a transkripce DNA a překladu mRNA do proteinů je pak čtení našeho genetického kódu téměř bezchybné. Článek byl publikován v časopise EMBO journal, kratší shrnutí najdete zde.

Ikeuchi, K., Tesina, P., Matsuo, Y., Sugiyama, T., Cheng, J., Saeki, Y., … & Inada, T. (2019). Collided ribosomes form a unique structural interface to induce Hel2driven quality control pathways. The EMBO journal38(5), e100276.

 


Jak rostliny opravují poraněné kořeny?

8. 5. 2019

Mikroskopický snímek špičky kořene huseníčku. Zeleně jsou zbarvené buňky, které procházejí restorativními buněčnými děleními a produkují dceřiné buňky, které nakonec zaplní ránu (bílá oblast). © IST Austria / Lukas Hörmayer

Hojení ran u živočichů a především u člověka je velmi aktivní oblast výzkumu. Daleko méně se ví, jakými mechanismy se rány hojí u rostlin. Vědci pod vedením Jiřího Frimla z Institute of Science and Technology v Rakousku (IST Austria) studovali, co se stane, když jsou poraněny kořeny rostliny. Ukázali, že buňky sousedící s ránou se začnou dělit a poranění zacelí nově vzniklými dceřinými buňkami, které se vyprodukují nejen přesně ve správném počtu, ale navíc se přeprogramují na ty správné buněčné typy. Klíčovým mechanizmem pro úspěšné zhojení kořenů je, že sousední buňky uvnitř rány se přeprogramují do kmenového stavu.

Všechny rostlinné orgány – od listů až ke kořenům – pravidelně snášejí poranění tkáně, ať už kvůli mechanickým silám, býložravcům nebo jiným faktorům. Zatímco zvířata se spoléhají na specializované migrující buňky pro hojení ran, rostliny, jejichž buňky jsou imobilní, si musely vyvinout jiné mechanismy: Již téměř sto let bylo známo, že v rostlinách nahrazují buňky sousedící s ránou poškozené tkáně novými dceřinými buňkami. Úplně nový aspekt hojení poranění rostlin v citlivé kořenové špičce byl objeven teprve teď díky použití speciálního designu mikroskopu, který je překlopený o 90 stupňů a je vhodný pro dlouhodobé pozorování přirozeně, ve směru gravitace, rostoucích kořenů a také umožňuje způsobit velmi přesně lokální poranění kořene pomocí UV laseru. Výzkumný tým zjistili, že poškozené nebo zničené kořenové buňky nejsou jednoduše nahrazeny dělením zdravých buněk ze stejného typu buněk nad a pod ranou. Místo toho, buňky sousedící s vnitřní stranou poranění reaktivují svůj program kmenových buněk, aby produkovaly buňky správného typu, které nahradí chybějící sousedy. Ve srovnání s běžnými děleními se buněčný cyklus těchto „léčivých buněk“ výrazně zrychlil a rovina jejich dělení se otočila o 90 stupňů, což umožnilo dceřiným buňkám uspořádat se kolmo k ose kořene (za normálních okolností se buňky v rostoucím kořeni dělí rovnoběžně s osou kořene). Při bližším zkoumání dceřiných buněk se ukázalo, že se správně diferencují do chybějících buněčných typů. Například když vědci odstranili buňku kůry a měla být nahrazena nově vytvořenou dceřinou buňkou z přilehlé endodermní buňky, tato dceřiná buňka získala nový a „správný“ buněčný typ buňky kůry. Aktivované „léčivé buňky“ jsou tak schopny se dělit asymetricky, tj. vytvářet dceřinné buňky jiného typu než mateřská buňka – proces, který se typicky vyskytuje pouze v dělivém pletivu úplně na špičce kořene. Studie je publikována v časopise Cell.

Petra Marhava, Lukas Hörmayer, Saiko Yoshida, Peter Marhavý, Eva Benková & Jiří Friml (2019) Re-activation of stem cell pathways for pattern restoration in plant wound healing. Cell Vol 177 (4), 957-969

 



 

Nová síla se probouzí

5. 5. 2019

Tribolium (Stephan Münster)

Život každého má své milníky. Slavný britský vývojový biolog Lewis Wolpert kdysi řekl, že to není narození, manželství nebo smrt, ale gastrulace, která je nejdůležitější událostí v životě. Gastrulace je proces, během kterého se embryo každého živočicha dramaticky přemění z jednovrstvého shluku buněk do vícevrstvé struktury známé jako gastrula. Během tohoto procesu přetvářejí fyzikální síly jednoduchou embryonální tkáň a vytvářejí základ pro složité struktury dospělých mnohobuněčných organismů. Jak známo, embryo pochází z jediné oplodněné vaječné buňky, a tak je gastrulační tkáň u mnoha embryí v raném stádiu vývoje obklopena pevným ochranným vaječným obalem. Až dosud se mělo zato, že fyzické síly řídící gastrulační procesy vycházejí jen a pouze z aktivity samotné živé hmoty. Zda a jak živá tkáň interaguje s neživou skořápkou, která ji obklopuje, a zda tato interakce přispívá k formování sil, které hýbou živou hmotou při gastrulaci nebylo známo. Nedávno, skupina vědců pod vedením českého vědeckého expata Pavla Tomančáka z Max Planck Institutu pro molekulární buněčnou biologii a genetiku (MPI-CBG) v Drážďanech, objevila, že živá tkáň u dvou druhů hmyzu pevně přiléhá ke skořápce, která obklopuje embryo. Toto upevnění vytváří další vnější síly, které jsou potřebné pro správné gastrulační pohyby u těchto druhů.

Attachment scheme (Ivana Viktorinova)

Kromě hlubšího pochopení fyziky biologických procesů, otevírají tyto výsledky také nové pohledy na to, jak se mohla gastrulace vyvíjet v průběhu evoluce. „Navzdory tomu, že se jedná o klíčovou událost raného embryonálního vývoje, která je společná pro všechny živočichy, je gastrulace velmi flexibilní, a dokonce i příbuzné druhy vykazují velmi rozdílné gastrulační pohyby,“ říká Pavel Tomančák. „Jak a proč se gastrulace mění tak rychle, je dlouholetou a fascinující záhadou evoluční biologie.“ Práce Drážďanského týmu poukazuje na lokální a regulovanou interakci živé tkáně s jejím ochranným prostředím jako na jeden z mechanismů, které přispívají k evoluci embryonálního vývoje organismů, včetně člověka. Studie je publikována v časopise Nature.

Münster S., Jain A., Mietke A., Pavlopoulos A., Grill S.W., Tomancak P. (2019) Attachment of the blastoderm to the vitelline envelope impacts gastrulation of insects Nature Vol 568 (7752), 395–399