K čemu slouží redukované mitochondrie?

Tento druh mitochondrii sice má, je však značně redukovaná. Tým Vladimíra Hampla se zaměřil na to, jak vypadá nejbližší příbuzná mitochondrie té, která už se ztratila a co vlastně tato redukovaná mitochondrie organismu poskytuje. Tak se mohou vědci dozvědět, jak redukce mitochondrií postupovala, čím jsou oxymonády tak jedinečné, že se jim „poštěstilo” se mitochondrií úplně zbavit.

Jednou z klíčových funkcí mitochondrií je syntéza železosirných center, která téměř vždy začíná právě tam a to i  u organismů, které mají tyto organely hodně zjednodušené (například Giardia intestinalis). Před několika lety tým Vladimíra Hampla ukázal, že celá širší skupina oxymonád, kam patří i volně žijící Paratrimastix, má pro syntézu železosirných clusterů jinou dráhu, která zřejmě běží v cytosolu. „Už tenkrát jsme argumentovali, že tato výměna drah souvisí se ztrátou mitochondrie u oxymonád. Stále nás ale zajímalo, jak je to u Paratrimastix, protože ta sice tuto výměnu prodělala, ale mitochondrii stále má, takže vlastně nevíme, čím je buňce tato organela prospěšná,“ přibližuje docent Hampl myšlenkové pozadí nové studie.

Paratrimastix pyriformis v kultuře společně s bakteriemi

Z předchozích studií bylo jasné, že v mitochondrii druhu Paratrimastix pyriformis se nachází komplex proteinů, kterému se říká Glycine Cleavage System. Tento komplex se vyskytuje u celé řady dalších  obvykle volně žijících anaerobních protist. V mitochondriích modelových organismů včetně člověka  tento komplex rozkládá aminokyselinu glycin a vytváří NADH a v navazujících reakcích vzniká metylovaná  kyselina listová a kyselina mravenčí, které jsou následně v cytosolu využívány pro různé reakce vyžadující methylovou skupinu. Dosud ale nebylo zřejmé, k čemu slouží Glycine Cleavage System v redukovaných mitochondriích.

Grafické shrnutí celé studie

Justyna Zítek a kolektiv využili pokročilou proteomickou metodu LOPIT (Localization of Organelle Proteins by Isotope Tagging), kdy se buňky organismu rozbijí a následně se z nich metodou diferenciální centrifugace připraví několik frakcí. Vědci připravili devět různých peletů – sedimentovaných buněčných částí. „Buněčné součásti, které rychle sedimentují, budou zastoupeny spíše v prvních frakcích,“ vysvětluje postup docent Hampl. Následně jednotlivé frakce označili izotopovými značkami, smíchali dohromady a měřili směs v hmotnostním spektrometru. Takto identifikovali přes pět tisíc proteinů a mnoho z nich přiřadili do buněčných kompartmentů. „Vtip metody spočívá v tom, že proteiny ve stejném kompartmentu sedimentují společně, a proto bude jejich zastoupení napříč frakcemi podobné, říkáme tomu profil. Protože u některých proteinů víme předem, do kterého kompartmentu patří, víme jak jeho profil vypadá a dokážeme k němu přiřadit ostatní proteiny,“ dodává Vladimír Hampl. Pomocí mnohorozměrných a pokročilých klasifikačních metod se Justyna Zítek a kolektiv snažili podle profilů přiřadit proteiny ke konkrétním kompartmentům v buňce.

Hlavním výstupem studie je popis proteomu mitochondrie druhu Paratrimastix pyriformis, do kterého statistická analýza přiřadila přibližně třicet proteinů. Z nich byl tým docenta Hampla schopen odvodit, že na Glycine Cleavage System navazuje sled tří dalších reakcí, připomínající situaci u lidské mitochondrie, které z původního produktu vytváří další deriváty kyseliny listové, až nakonec vznikne finální produkt – kyselina mravenčí. Vladimír Hampl dodává: „Ukázalo se, že redukovaná mitochondrie samozřejmě má pro organismus esenciální funkci, kterou však není syntéza železosirných center, ale syntéza methylovaných sloučenin pro cytosol.” U jednoduchých mitochondrií anaerobních protist nic podobného nebylo známo.

Profily různých buněčných kompartmentů napříč deseti frakcemi a čtyřmi biologickými replikáty. Profil redukované mitochondrie (MRO) je vyznačen černou barvou a je jasně odlišný od ostatních.

Práce Justyny Zítek a kolektivu je klíčová i z metodického hlediska, protože ukazuje, že pomocí techniky LOPIT lze studovat i nemodelové organismy kultivované se směsí bakterií, které jsou jinak biochemicky nebo proteomicky dost špatně charakterizovatelné. „Naše studie je druhou prací, kdy byla metoda LOPIT v plném rozsahu použita na prvoky. Je to velmi elegantní postup a bylo příjemné ukázat, že se dá použít i na poměrně špinavou kulturu organismu, který bychom jinak studovali jen velmi obtížně,“ popisuje další přínos studie docent Hampl.

Reference: 

Justyna Zítek, Zoltán Füssy, Sebastian C. Treitli, Priscila Peña-Diaz, Zuzana Vaitová, Daryna Zavadska, Karel Harant, Vladimír Hampl, Reduced mitochondria provide an essential function for the cytosolic methionine cycle, Current Biology, 2022, ISSN 0960-9822,

https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.10.028