Osud kvasinek – jak ho ovlivní vnitrobuněčná signalizace?

Mitochondriální retrográdní dráha představuje vnitrobuněčnou signalizační dráhu. Umožňuje přenos informací z mitochondrií – buněčných organel, které zajišťují „buněčné dýchání“ a jsou hlavní energetickou jednotkou buňky – do jádra, tedy řídicího centra buňky. Pomocí této signalizace buňka získává zpětnou vazbu o svém stavu. Prostřednictvím retrográdní dráhy jsou přenášeny informace o zhoršených životních podmínkách buňky, případně o stresu, kterým buňka prochází. Takový stav může mít mnoho příčin, jako příklad můžeme uvést nedostatečný přístup k živinám. Když se do jádra buňky dostane informace o stresové situaci, buňka na danou situaci reaguje aktivací metabolických drah, které jí mají umožnit přežití ve zhoršených podmínkách.

Vědecký tým studoval retrográdní dráhu na jednom z nejoblíbenějších modelů molekulárních biologů, a to kvasince Saccharomyces cerevisiae, která je v češtině známá jako pekařská kvasinka. Tato kvasinka představuje jeden z nejjednodušších eukaryotních organismů a lze ji snadno i levně kultivovat. Na molekulární úrovni se ovšem velmi podobá složitějším organismům. Informace získané studiem buněčných pochodů či právě vnitrobuněčné signalizace kvasinek tak lze často zobecnit i pro mnohem komplexnější organismy.

Vědci se snažili zjistit nové informace o tom, jak retrográdní signalizace ovlivňuje růst kvasinek a tvorbu kvasinkových kolonií. Pro svůj výzkum autoři studie připravili celou řadu speciálně upravených kmenů pekařské kvasinky. Vytvořili kmeny kvasinek, které měly odstraněné různé geny podílející se na této signalizační dráze. Když poté sledovali růst a tvorbu kolonií takto mutovaných kvasinek, mohli odlišit geny, které měly na tvorbu kolonií pouze malý či žádný efekt, a geny, jejich ztráta výrazně zhoršila životaschopnost kvasinek.

I v rámci jednoho kmene ovšem nebyly ovlivněny všechny buňky stejně. U kolonií pekařské kvasinky lze v určitém stadiu vývoje odlišit dvě hlavní populace buněk, které se od sebe výrazně liší. Prvním typem jsou tzv. buňky U, které se nachází na povrchu kolonií, a druhým typem jsou buňky L, které najdeme naopak ve spodních vrstvách kolonie kvasinek, kde rostou překryté dalšími buňkami. Tyto populace buněk jsou známy tím, že se od sebe liší přístupem k živinám i tím, jaké metabolické dráhy využívají. Autoři studie si všimli, že i retrográdní signalizace má pro tyto buňky různý význam. Zjistili, že zvláště u buněk spodních vrstev kolonií má vyřazení retrográdní dráhy výrazný negativní dopad na jejich životaschopnost.

Autoři dále sledovali, jak je u studovaných kvasinek změněna produkce některých proteinů asociovaných s aktivací retrográdní dráhy. Pro tato pozorování připojili k sledovaným proteinům fluorescenční značku. Díky tomu mohli určit, v jakých buňkách dochází k tvorbě proteinu a v jakém množství, na základě světelného signálu. Tato pozorování umožnila autorům popsat, jak mutace retrográdní signalizace ovlivňuje produkci těchto proteinů, ale i rozlišit kromě hlavních dvou populací kvasinek U a L i další subpopulace. Studium těchto buněčných subpopulací ukázalo, že jejich přežití a vývoj jsou různou měrou ovlivněny retrográdní signalizační dráhou. Pozorování navíc poukázala i na to, že se na retrográdní dráze podílí více dílčích signalizačních drah, než bylo dosud známo.

U kvasinkových kolonií byla sledována produkce proteinů označených fluorescenční značkou. Zdroj: autoři článku

Autoři studie tak ukázali, že retrográdní dráha představuje komplexnější systém, než bylo dosud předpokládáno, a vědce čeká ještě mnoho práce, než jí budou plně rozumět. Zároveň autoři popsali hned tři různé signalizační dráhy, které ovlivňují osud různých buněčných populací. Tyto nově získané poznatky mají význam nejen z hlediska studia kvasinek. Retrográdní dráha představuje univerzální systém, který se uplatňuje i v buňkách vyšších eukaryot. Studium kvasinkových kolonií pro nás má význam i proto, že u kvasinek nacházíme populace buněk, které se svým metabolismem podobají nádorovým buňkám. V již zmiňovaných buňkách U probíhají metabolické procesy, které známe právě ze savčích nádorových buněk, zatímco buňky L dodávají buňkám U živiny podobným způsobem, jako tkáně z okolí nádoru vyživují nádorové buňky. Pochopení retrográdní dráhy tak může pomoci porozumění fungování nádorových buněk, ale třeba i lidským onemocněním, která jsou způsobena poruchou mitochondrií.

Podholová, K., Plocek, V., Rešetárová, S., Kučerová, H., Hlaváček, O., Váchová, L. & Palková, Z. (2016). Divergent branches of mitochondrial signaling regulate specific genes and the viability of specialized cell types of differentiated yeast colonies. Oncotarget 7, 15299–314.

Palková, Z. & Váchová, L. (2016). Mitochondria in aging cell differentiation. Aging (Albany NY) 8, 1287–8.

Karolína POKORNÁ