Kolísání tvorby bílkovin ovlivňuje počátek nového života

30. 11. 2023

Vědcům z Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AV ČR se podařila celogenomová analýza regulace tvorby bílkovin v myších vajíčkách a embryích. Odhalili dynamické změny, které jsou zásadní pro jednotlivé fáze zrání vajíčka a buněčného dělení nového embrya. Vědci popsali klíčové hráče a dráhy, které tvorbu bílkovin regulují. Získané poznatky mají zásadní význam pro klinickou léčbu neplodnosti, a zároveň rozšiřují poznatky o rakovinotvorných procesech v nádorové buňce.

Bílkoviny jsou nezbytné složky každé buňky, a proto je proces jejich tvorby (translace) zcela zásadní. Vajíčko, největší buňka v organismu, je skvělý model pro studium molekulárních mechanismů tvorby bílkovin, protože přepis informace z DNA je ve vajíčkách a raných embryích potlačen.

„Tvorba bílkovin je složitý a dynamický proces s množstvím regulačních mechanismů koordinovaných v prostoru a čase. Ve vajíčku a časném embryu musí být totiž některé bílkoviny vytvořeny a jiné zase zničeny, aby mohl probíhat náročný proces vzniku nového života,“ popisuje Andrej Šušor, vedoucí vědeckého týmu z Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AV ČR, který objevil dosud neznámé kolísání tvorby bílkovin v dělícím se vajíčku a embryu.

Vajíčka i embrya musejí být bezchybnými továrnami na bílkoviny

Správná regulace tvorby bílkovin hraje zcela zásadní roli v raném vývoji. „Náš nový výzkum ukazuje dynamické změny v jednotlivých fázích zrání vajíčka a dělení nového embrya, které souvisejí se správně nastavenými buněčnými procesy. Navíc jsme odhalili důležitou aktivitu některých klíčových hráčů – proteinů, např. mTORC1 či RPS6, jejichž vznik ve správný okamžik zajištuje přechod mezi jednotlivými vývojovými stadii,“ vysvětluje výsledky rozsáhlé studie Andrej Šušor.

Tyto výsledky představují první krok směrem ke komplexní analýze molekulárních mechanismů, které nejen řídí tvorbu bílkovin ve vajíčku, ale také přechod od vajíčka k embryu a následnou aktivaci DNA získané od matky a otce.

Kvalita vajíčka má zásadní vliv na oplození i vývoj embrya

Odhalení molekulárních drah, které zajišťují přechod mezi vajíčkem a embryem, je zásadní pro správný vývoj nového jedince.

„Prakticky mohou být naše výsledky důležité pro léčbu neplodnosti v centrech asistované reprodukce. Chybná tvorba bílkovin totiž přispívá ke špatné kvalitě vajíček, což je jedna z nejčastějších příčin neplodnosti,“ objasňuje Denisa Jansová, spoluautorka studie.

Odhaduje se, že asi pět až sedm procent dětí se v ČR rodí po umělém oplodnění a pět procent po léčbě neplodnosti dalšími metodami. Tento základní výzkum může významně pomoci porozumět procesům vedoucím k neplodnosti. „Náš výzkum má ale velký potenciál i pro vědeckou komunitu, zejména pro vědce zabývající se aktivací embryonálního genomu, studiem buněčného cyklu a degradací proteinů s významným přesahem do oblasti výzkumu vzniku rakoviny,“ doplňuje rozsah významu výsledků Denisa Jansová.

Přímý přenos vzniku bílkovin v buňce

Vědeckému týmu se také ve studii podařilo zavést vysoce citlivou metodu analýzy vznikajících proteinů v buňce ve spolupráci s Tomášem Maškem z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy.

„Metoda Scarce Sample Profiling (SSP) nám umožňuje v rámci buňky ze všech specifických RNA molekul připravených pro tvorbu bílkovin rozlišit ty, ze kterých jsou v určitém čase vyráběny bílkoviny pomocí ribozomů, buněčných struktur, na nichž dochází k přepisu bílkovin. Umožňuje tak doslova v přímém přenosu sledovat a podrobně analyzovat výrobu bílkovin v živé buňce,“ říká Michal Dvořan, člen vědeckého týmu z Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AV ČR. Vědci tak mohli systematicky sledovat, jak se v jednotlivých fázích zrání vajíčka a časného vývoje embrya tvoří bílkoviny, které jsou zásadní pro další vývoj.

„Pomocí nově zavedené mikroskopické metody bylo zjištěno rozmístění funkčních ribozomů v jednotlivých vývojových stadiích. Tato metoda je založena na uvolnění fluorescence při formováni ribozomu,“ doplňuje Denisa Jansová.

Tyto přístupy tak umožňují objasnit molekulární děje uvnitř zrajícího vajíčka a nového embrya, které jsou nezbytné pro správný vývoj těchto unikátních buněk.

Publikace online:
https://doi.org/10.1093/nar/gkad996

Více informací:
Ing. Andrej Šušor, Ph.D.
Laboratoř biochemie a molekulární biologie zárodečných buněk
Ústav živočišné fyziologie a genetiky AV ČR
susor@iapg.cas.cz

Mgr. Denisa Jansová, Ph.D.
jansova@iapg.cas.cz

Mgr. Michal Dvořan
dvoran@iapg.cas.cz

TZ ke stažení zde