sebedestrukce

Foto: CDC/Unsplash

Podle nové studie vědců z Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health procházejí buňky některých druhů kvasinek procesem, který se zdá být sebedestruktivním procesem po určitých druzích stresu. Zjištění naznačují, že tyto jednobuněčné organismy , o kterých se předpokládá, že patří mezi nejranější formy života, mají naprogramované nebo regulované mechanismy buněčné smrti, jako jsou ty, o kterých je známo, že fungují u zvířat a dalších složitých organismů. Budoucí léky k léčbě kvasinkových a jiných plísňových infekcí by se mohly zaměřit na takové mechanismy, říkají vědci.

Budoucí léky k léčbě kvasinkových a jiných plísňových infekcí by se mohly zaměřit na takové mechanismy, říkají vědci. Studie byla publikována 12. dubna v Cell Reports a na sererveru phys.org.

„Toto je vzrušující oblast biologie, která byla opomíjena a mohla by nabídnout nové výkonné strategie pro hubení patogenních hub, nejen v oblasti humánní medicíny, ale také v zemědělství a veterinární medicíně,“ říká hlavní autorka studie J. Marie Hardwicková, profesorka na katedře molekulární mikrobiologie a imunologie na Bloomberg School.

Mechanismy „programované buněčné smrti“ nebo „regulované buněčné smrti“ jsou dobře známé v živočišných buňkách. Obvykle jsou aktivovány určitými druhy stresu nebo poškozením buňky a způsobují další, obvykle fatální destrukci buňky – i když by jinak buňka mohla přežít. Předpokládá se, že takové mechanismy se vyvinuly jako primordiální formy „altruismu“, umožňující obětování poškozených a pravděpodobně dysfunkčních, potenciálně rakovinných buněk k ochraně širšího organismu. Rakoviny skutečně často zvyšují svůj růst a přežití tím, že zneškodňují tyto sebedestruktivní mechanismy, z nichž nejznámější se nazývá apoptóza. Několik schválených a experimentálních léků na rakovinu působí navozením apoptózy.

Foto: National Cancer Institute/Pexels

Vědci obecně předpokládali, že takové mechanismy buněčné smrti jsou přítomny pouze u složitějších organismů, jejichž buňky jsou na sobě jasněji závislé a patří do větší struktury organismu. V posledních letech se však objevily důkazy, že některé bakterie, a dokonce i některé mnohobuněčné, strukturované formy hub, mají také své vlastní takové mechanismy.

V nové studii Hardwickův tým, včetně prvního autora Zacharyho Stolpa, během studie doktorandského studenta na Bloomberg School, našel první solidní důkaz jednoho z těchto mechanismů u kvasinek, což jsou jednobuněčné houby – houby, které existují jako nestrukturované sbírky buňky.

Zpočátku výzkumníci zjistili, že krátké tepelné ošetření Saccharomyces cerevisiae, hodně studovaného modelového organismu používaného při vaření a pečení, zabíjí pouze některé buňky kvasinek, a to až s hodinovým zpožděním – což naznačuje, že teplo spouští sekvenci buněk- akce na podporu smrti.

Dále podrobili kvasinkové buňky tepelnému ošetření po systematickém vyřazení jednotlivých kvasinkových genů. Zjistili, že když některé geny chyběly, kvasinkové buňky mnohem méně pravděpodobně zemřely na léčbu a ty buňky, které zemřely, zanikly pomaleji. To opět poukázalo na možnost, že funguje odlišný proces buněčné smrti, závislý na klíčových genech.

Vědci spojili vyřazení genu odolného proti smrti se čtyřproteinovým komplexem v kvasinkových buňkách zvaným AP-3. V dalších experimentech potvrdili, že když je AP-3 intaktní, buňky po tepelném zpracování odumírají normálním způsobem, ale buňky jsou relativně ušetřeny, když AP-3 není intaktní a nemůže fungovat.

V kvasinkových buňkách AP-3 normálně funguje jako nosič různých proteinů do balonovitých kompartmentů nazývaných vakuoly. Kyselé a naplněné enzymy štěpícími bílkoviny, vakuoly tráví nežádoucí bílkoviny, což umožňuje jejich molekulární stavební bloky, aby byly uloženy a recyklovány. Vědci našli silné důkazy, že určité proteiny přenášené do vakuol AP-3 v hodinách před tepelným zpracováním jsou transformovány tepelným stresem způsobem, který poškozuje vakuoly, což způsobuje, že unikají jejich korozivní obsahy, které brzy zničí okolní kvasinkové buňky.

Foto: Molnárová.Lucie/Wikimedia

Bez dodání těchto smrtících nákladů pomocí AP-3 však tento proces nenastane a buňka s mnohem větší pravděpodobností přežije.

Výzkumníci ukázali, že ke stejnému procesu buněčné smrti zřejmě dochází, když jsou buňky S. cerevisiae vystaveny mírným dávkám dvou dalších stresorů, kyselině octové a peroxidu vodíku, i když je tento proces opět zabráněn a buňky s větší pravděpodobností přežijí, když AP-3 chybí. Ukázali také, že nejen S. cerevisiae, ale také choroboplodná kvasinka Cryptococcus neoformans, která každoročně přispívá ke stovkám tisíc úmrtí po celém světě, odolává letálním účinkům takových stresorů, když AP-3 chybí.

Hardwick říká, že její laboratoř stále pracuje na tom, aby přesně určila, který z proteinových nákladů AP-3 je zodpovědný za tento mechanismus buněčné smrti a které další druhy hub by tento mechanismus mohly mít. Ale prozatím zjištění naznačují, že některé druhy kvasinek mají alespoň jednu regulovanou dráhu buněčné smrti závislou na AP-3. To představuje pokrok v pochopení biologie kvasinek a jiných hub a ukazuje na možnost vývoje léčebných postupů, které posílí nebo jinak využívají tyto cesty k zabíjení hub způsobujících onemocnění.

„Doufám, že to povzbudí vědce, aby se zajímali o tuto oblast biologie hub,“ říká Hardwick. „Je docela překvapivé, jak dlouho se tato část biologie před naším zrakem skrývá.“

Zdroj: phys.org