Vědci objevili kvasinkovou autodestrukční dráhu

15/04/2022 Petr Kovanda 6 min read 193 Zobrazení imunologie, kvasinky, plísňové infekce, sebedestrukce

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.

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.

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