Proteíny umožňujú bunkám zapamätať si, ako dobre prebehlo ich posledné delenie

Keď v biológii hovoríme o spomienkach, zameriavame sa na ukladanie informácií v mozgu a neurónoch. Ale existuje mnoho ďalších spomienok, ktoré pretrvávajú v našich bunkách. Bunky si pamätajú svoju evolučnú históriu, či boli vystavené patogénom atď. A to vyvoláva otázku, na ktorú bolo ťažké odpovedať: Ako niečo také základné ako bunka obsahuje informácie o viacerých deleniach?

Na to neexistuje jediná odpoveď a v mnohých prípadoch je naozaj ťažké dopracovať sa k detailom. Vedci však teraz podrobne pracovali na pamäťovom systéme. Bunky si dokážu zapamätať, kedy mal ich rodič problém s delením – problém často spojený s poškodením DNA a rakovinou. A ak sú problémy dostatočne veľké, dve bunky vyplývajúce z delenia sa prestanú deliť.

nastavenie časovača

Bunkové delenie je u mnohobunkových organizmov veľmi starostlivo kontrolované. Nekontrolované delenie je charakteristickým znakom rakoviny. Ale problémy s jednotlivými segmentmi delenia – veci ako kopírovanie DNA, oprava akéhokoľvek poškodenia, zabezpečenie toho, aby každá dcérska bunka dostala správny počet chromozómov – môžu viesť k mutáciám. Preto proces bunkového delenia zahŕňa veľa kontrolných bodov, kde sa bunka ubezpečuje, že všetko funguje správne.

Ale ak bunka prejde všetkými kontrolnými bodmi, všetko je pravdepodobne v poriadku, však? Nie celkom, ako sa ukazuje.

Mitóza je časť bunkového delenia, kde sa do každej dcérskej bunky oddelia duplicitné chromozómy. Stráviť príliš veľa času v mitóze môže znamenať poškodenie chromozómov, čo môže v budúcnosti spôsobiť problémy. A predchádzajúci výskum zistil, že niektoré bunky pochádzajúce zo sietnice sa zaregistrujú, keď mitóza trvá príliš dlho, a dcérske bunky sa prestanú deliť.

Nová práca tímu výskumníkov v Okinawe, Japonsku a San Diegu začína tým, že ukazuje, že toto správanie nebolo obmedzené na bunky sietnice – zdá sa, že ide o všeobecnú odpoveď na spomalenú mitózu. Starostlivé experimenty s načasovaním odhalili, že čím dlhšie sa bunky pokúšali podstúpiť mitózu, tým väčšia bola pravdepodobnosť, že sa dcérske bunky prestanú deliť. Výskumníci tento systém nazývajú „mitotické stopky“.

Ako teda fungujú bunkové stopky? Nie je to tak, že by mohol povedať Siri, aby nastavila časovač – z veľkej časti sa zasekol pri práci s nukleovými kyselinami a proteínmi.

Ukazuje sa, že ako mnoho vecí súvisiacich s delením buniek, odpoveď prichádza na bielkovinu s názvom p53. Ide o proteín, ktorý je kľúčom k niekoľkým dráham, ktoré detegujú poškodenie buniek a zastavia ich delenie, keď sa vyskytne problém. (Možno si to pamätáte z nášho nedávneho spravodajstva o vývoji sloních kmeňových buniek.)

stopky vyrobené z bielkovín

Výskumníci zistili, že keď prebiehala mitóza, p53 sa začal objavovať v komplexe s dvoma ďalšími proteínmi (proteáza 28 špecifická pre ubikvitín a kreatívne nazvaný proteín 1 viažuci p53). Ak ste mali mutáciu v proteíne, ktorá zabránila vzniku tohto komplexu, mitotické stopky prestali tikať. Tento trojproteínový komplex sa začína tvoriť na významnej úrovni, ak mitóza trvá dlhšie ako normálne, a po vytvorení zostáva stabilný, takže sa po dokončení bunkového delenia prenesie do dcérskych buniek.

Prečo sa teda tento komplex tvorí iba vtedy, keď mitóza trvá dlhšie ako normálne? Kľúčom sa ukázal byť proteín nazývaný kináza, ktorý viaže fosfáty na iné proteíny. Výskumníci skúmali chemikálie, ktoré inhibujú špecifické kinázy aktivované počas mitózy a opravy DNA, a našli špecifickú chemikáliu, ktorá bola nevyhnutná pre mitotické stopky. V neprítomnosti tejto kinázy (PLK1, pre zvedavých) sa trojproteínový komplex nevytvorí.

Vedci sa teda domnievajú, že stopky vyzerajú takto: Počas mitózy kináza pomaly pridáva fosfát k jednému z proteínov, čo mu umožňuje vytvoriť komplex troch proteínov. Ak sa mitóza vyskytne dostatočne skoro, hladiny tohto komplexu nie sú príliš vysoké a na bunku to nemá žiadny vplyv. Ale ak mitóza prebieha pomalšie, komplex sa začne vytvárať a je taký stabilný, že je stále prítomný v oboch dcérskych bunkách. Existencia komplexu pomáha stabilizovať proteín p53, čo mu umožňuje zabrániť budúcemu deleniu buniek, ak je prítomný v dostatočne vysokých hladinách.

V súlade s touto myšlienkou sú všetky tri proteíny v komplexe supresory nádorov, čo znamená, že mutácie v nich zvyšujú pravdepodobnosť vzniku nádoru. Vedci potvrdili, že mitotické stopky boli často narušené vo vzorkách nádorov.

Takto si jednotlivé bunky dokážu uchovať jednu zo svojich spomienok – spomienku na problémy s delením buniek. Mitotické stopky sú však len jedným zo systémov ukladania pamäte, pričom úplne iné systémy narábajú s rôznymi pamäťami. A súčasne sa to deje, na aktivite p53 sa podieľa aj veľké množstvo iných dráh. Takže zatiaľ čo mitotické stopky dokážu efektívne zvládnuť špecifický typ problému, sú integrované do mnohých dodatočných komplexných systémov pracujúcich v bunke.

Veda, 2024. doi: 10.1126/science.add9528 (O DOI).