Jak buňky přelstí hladovění: Vědci objevují zajímavý nový mechanismus

14. 10. 2024 (mai) - Vědci z EMBL Heidelberg a University of Virginia odhalili zajímavý mechanismus, kterým se buňky přizpůsobují hladovění. Jde o objev, který by mohl mít významné důsledky pro výzkum rakoviny.

Co mohou vystresované kvasinky prozradit o základních buněčných procesech? Podle výzkumníků z European Molecular Biology Laboratory (EMBL) docela dost. Tým mimo jiné studuje, jak se buňky přizpůsobují stresu, jako je například nedostatek živin. Jedním z jejich oblíbených testovacích subjektů jsou kvasinky druhu S. pombe, po staletí používané v tradičním pivovarnictví. Jako eukaryot je v mnoha ohledech podobný lidským buňkám, takže jej biologové často používají jako modelový organismus ke studiu základních buněčných procesů.

Vědci pozorovali, že kvasinkové buňky mají pozoruhodnou adaptaci na hladovění: jejich mitochondrie se pokyjí rojem masivních molekulárních komplexů nazývaných ribozomy. Tým Mattei z EMBL Heidelberg a laboratoř Jomaa na Lékařské fakultě University of Virginia je prozkoumaly podrobněji pomocí jednočásticové kryo-elektronové mikroskopie a kryo-elektronové tomografie.

Ribozomy jsou těžkým molekulárním mechanismem buňky, který produkuje proteiny. Ukázalo se však, že v hladových kvasinkových buňkách ribozomy, hromadící se na povrchu mitochondrií, nic neprodukují. Jsou něco, jako v zimním spánku.

"Jedním ze způsobů, jak může buňka přežít stresové podmínky do lepších dnů, je snížit spotřebu energie na minimum," vysvětlil Olivier Gemin, postdoktorand EIPOD v týmu Mattei, který vedl tuto novou studii. "Produkce proteinů vyžaduje hodně energie, kterou lze ušetřit blokováním ribozomů."

Proč se hibernující ribozomy připojují k povrchu mitochondrií, je zatím záhadou. "Mohou existovat různá vysvětlení," řekla vedoucí týmu Simone Mattei. "Vyhladovělá buňka se nakonec začne trávit sama, takže ribozomy mohou pokrýt mitochondrie, aby je chránily. Mohou se také připojit a spustit signální kaskádu uvnitř mitochondrií."

Další možnost, kterou Mattei zkoumá, se týká skutečnosti, že hladovějící buňky potřebují způsob, jak rychle začít vyrábět energii, jakmile bude jídlo (ve formě glukózy) opět dostupné. Vzhledem k tomu, že mitochondrie jsou producenty energie buňky, mít poblíž ribozomy produkující potřebné proteiny by tomuto procesu mohlo pomoci.

Vědcům ale doslova spadla čelist, když si všimli, že se ribozomy připojují k vnější membráně mitochondrií způsobem, který je v rozporu s tím, co o nich bylo známo dříve. "Dosud bylo známo, že ribozomy interagují s membránami pouze prostřednictvím své velké podjednotky. Ale v hladovějících buňkách jsme viděli, že to dělají obráceně, přes malou podjednotku!" řekl Mattei, "jako by se obrátily naruby." Ve svých budoucích studiích bude tým zkoumat, jak a proč se ribozomy připojují tak neobvyklým způsobem.

Věřte nebo ne, být rakovinovou buňkou je opravdu těžké. Když se nádor stane agresivním, jeho buňky rostou tak rychle, že jejich poptávka po živinách a kyslíku převyšuje nabídku. To znamená, že většina rakovinných buněk neustále hladoví v jakémsi pekle, které si samy vytvářejí. Přesto přežívají a dokonce se množí.

"Proto musíme porozumět základům adaptace na hladovění a tomu, jak se tyto buňky stávají spícími, aby zůstaly naživu a vyhnuly se smrti," řekl Ahmad Jomaa, odborný asistent a vedoucí skupiny na Lékařské fakultě University of Virginia a hlavní spoluautor. studie. "K tomu nejprve používáme droždí, protože s ním můžeme mnohem snadněji manipulovat. Kromě toho se snažíme vyhladovět i kultivované rakovinné buňky, což není snadné, abychom zjistili, jak překonají hladovění a mohou někdy vést k relapsu rakoviny."

Pochopení principů této adaptace by nám mohlo pomoci najít způsoby, jak ji potlačit a učinit rakovinné buňky náchylné k hladovění, a tedy náchylnější k léčbě.

Odkaz: "Ribozomy hibernují na mitochondriích během buněčného stresu" od Oliviera Gemina, Macieje Gluca, Higora Rosy, Michaela Purdyho, Moritze Niemanna, Yeleny Peskové, Simone Mattei a Ahmada Jomaa, 8. října 2024, Nature Communications.

DOI: 10.1038/s41467-024-52911-4

- mai