Proteiny umožňují buňkám zapamatovat si, jak úspěšné bylo jejich poslední dělení

Když v biologii mluvíme o vzpomínkách, máme tendenci se soustředit na mozek a ukládání informací v neuronech. Ale existuje mnoho dalších vzpomínek, které přetrvávají uvnitř našich buněk. Buňky si pamatují svou vývojovou historii, zda byly vystaveny patogenům a tak dále. To vyvolává otázku, na kterou bylo obtížné odpovědět: Jak může něco tak základního, jako je buňka, udržovat informace napříč více oddíly?

Jednoznačná odpověď neexistuje a v mnoha případech je velmi obtížné určit podrobnosti. Vědci však nyní pracovali na podrobném vývoji jediného paměťového systému. Buňky jsou schopny si zapamatovat, kdy jejich rodič měl potíže s dělením, což je problém často spojený s poškozením DNA a rakovinou. Pokud jsou problémy dostatečně velké, dvě výsledné buňky se přestanou samy dělit.

Nastavte časovač

U mnohobuněčných organismů je buněčné dělení velmi pečlivě regulováno. Nekontrolované dělení je charakteristickým znakem rakoviny. Ale problémy s jednotlivými částmi dělení – věci jako kopírování DNA, oprava poškození a zajištění toho, aby každá dceřiná buňka měla správný počet chromozomů – mohou vést k mutacím. Proto proces buněčného dělení zahrnuje spoustu kontrolních bodů, kde se buňka ujišťuje, že vše funguje správně.

Ale pokud buňka projde všemi kontrolními body, mělo by být vše v pořádku, ne? Ne tak docela, jak se ukazuje.

Mitóza je část buněčného dělení, ve kterém jsou duplicitní chromozomy odděleny do každé z dceřiných buněk. Strávit příliš mnoho času dělením by mohlo znamenat, že došlo k poškození chromozomů, což by mohlo v budoucnu způsobit problémy. Předchozí výzkum zjistil, že některé buňky pocházející ze sítnice zaregistrují, když mitóza trvá příliš dlouho, a dceřiné buňky se přestanou dělit.

Nová práce týmu výzkumníků z Okinawy, Japonska a San Diega začíná ukazovat, že toto chování není omezeno na buňky sítnice, ale spíše se zdá být obecnou reakcí na pomalou mitózu. Experimenty s přesným načasováním ukázaly, že čím déle se buňky snaží podstoupit mitózu, tím je pravděpodobnější, že se dceřiné buňky přestanou dělit. Výzkumníci tento systém nazývají „mitotické stopky“.

Jak tedy buňka řídí stopky? Není to tak, že byste mohli požádat Siri, aby nastavila časovač, je to docela zaseknuté při práci s nukleovými kyselinami a proteiny.

Ukazuje se, že stejně jako mnoho věcí, které se přenášejí do buněčného dělení, odpověď se vrací k proteinu zvanému p53. Je to nezbytný protein pro mnoho cest, které detekují poškození buněk a zabraňují jejich dělení v případě problémů. (Možná si to pamatujete z našeho nedávného zpravodajství o vývoji sloních kmenových buněk.)

Stopky vyrobené z proteinů

Vědci zjistili, že jak nastala mitóza, p53 se začal tvořit v komplexu obsahujícím dva další proteiny (proteázu 28 specifickou pro ubikvitin a kreativně pojmenovaný protein 1 spojený s p53). Pokud byste provedli mutace v jednom z proteinů, které zabránily tvorbě tohoto komplexu, mitotické stopky by přestaly fungovat. Tento komplex tří proteinů se začne akumulovat na významné úrovně pouze tehdy, pokud mitóza trvá déle než obvykle, a po vytvoření zůstává stabilní, takže je transportován do dceřiných buněk, jakmile je buněčné dělení dokončeno.

Proč se tedy tento komplex tvoří pouze tehdy, když mitóza trvá déle než obvykle? Klíčem se ukazuje být protein zvaný kináza, který váže fosfát na jiné proteiny. Vědci zkoumali chemikálie, které inhibují specifické kinázy aktivní během mitózy a opravy DNA, a našli specifickou látku, která byla nezbytná pro mitotické stopky. V nepřítomnosti této kinázy (PLK1, pro zvědavce) se tříproteinový komplex netvoří.

Vědci si tedy myslí, že stopky vypadají takto: Během mitózy kináza pomalu připojuje fosfát na jeden z proteinů, což jí umožňuje vytvořit komplex tří proteinů. Pokud k dělení dojde dostatečně rychle, hladiny této sloučeniny se příliš nezvýší a na buňku to nebude mít žádný vliv. Pokud však dělení probíhá pomaleji, sloučenina se začne hromadit a je dostatečně stabilní, aby zůstala přítomna v obou dceřiných buňkách. Přítomnost sloučeniny pomáhá stabilizovat protein p53 a umožňuje mu zastavit budoucí dělení buněk, jakmile bude přítomen v dostatečně vysokých hladinách.

V souladu s touto myšlenkou jsou všechny tři proteiny v komplexu tumor-supresivní, což znamená, že mutace v nich zvyšují pravděpodobnost vzniku tumoru. Vědci potvrdili, že mitotické hodiny byly ve vzorcích nádorů často defektní.

Takže takto si jednotlivé buňky dokážou uchovat jednu ze svých vzpomínek – vzpomínku na problémy s dělením buněk. Mitotické stopky jsou však jen jedním ze systémů ukládání paměti, se zcela samostatnými systémy, které zpracovávají různé paměti. Současně s tím existuje velké množství dalších cest, které také podporují aktivitu p53. Takže zatímco mitotické stopky mohou účinně řešit konkrétní typ problému, jsou zabudovány do mnoha dalších komplexních systémů fungujících v buňce.

Věda, 2024. DOI: 10.1126/science.add9528 (O digitálních ID).