Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vědci před několika lety objevili kuriózní případ prvoků (oxymonád), kteří nemají mitochondrie. Od té doby si výzkumná skupina docenta Hampla z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy a výzkumného centra BIOCEV klade otázku, jak k unikátní ztrátě mitochondrie došlo. V práci, která právě vyšla v prestižním časopise Current Biology, studoval tým docenta Hampla s Justynou Zítek jako první autorkou nejbližšího známého příbuzného oxymonád, volně žijícího bičíkovce Paratrimastix pyriformis.
Tento druh mitochondrii sice má, je však značně redukovaná. Tým Vladimíra Hampla se zaměřil na to, jak vypadá nejbližší příbuzná mitochondrie té, která už se ztratila a co vlastně tato redukovaná mitochondrie organismu poskytuje. Tak se mohou vědci dozvědět, jak redukce mitochondrií postupovala, čím jsou oxymonády tak jedinečné, že se jim „poštěstilo” se mitochondrií úplně zbavit.
Jednou z klíčových funkcí mitochondrií je syntéza železosirných center, která téměř vždy začíná právě tam a to i u organismů, které mají tyto organely hodně zjednodušené (například Giardia intestinalis). Před několika lety tým Vladimíra Hampla ukázal, že celá širší skupina oxymonád, kam patří i volně žijící Paratrimastix, má pro syntézu železosirných clusterů jinou dráhu, která zřejmě běží v cytosolu. „Už tenkrát jsme argumentovali, že tato výměna drah souvisí se ztrátou mitochondrie u oxymonád. Stále nás ale zajímalo, jak je to u Paratrimastix, protože ta sice tuto výměnu prodělala, ale mitochondrii stále má, takže vlastně nevíme, čím je buňce tato organela prospěšná,“ přibližuje docent Hampl myšlenkové pozadí nové studie.
Paratrimastix pyriformis v kultuře společně s bakteriemi
Z předchozích studií bylo jasné, že v mitochondrii druhu Paratrimastix pyriformis se nachází komplex proteinů, kterému se říká Glycine Cleavage System. Tento komplex se vyskytuje u celé řady dalších obvykle volně žijících anaerobních protist. V mitochondriích modelových organismů včetně člověka tento komplex rozkládá aminokyselinu glycin a vytváří NADH a v navazujících reakcích vzniká metylovaná kyselina listová a kyselina mravenčí, které jsou následně v cytosolu využívány pro různé reakce vyžadující methylovou skupinu. Dosud ale nebylo zřejmé, k čemu slouží Glycine Cleavage System v redukovaných mitochondriích.
Justyna Zítek a kolektiv využili pokročilou proteomickou metodu LOPIT (Localization of Organelle Proteins by Isotope Tagging), kdy se buňky organismu rozbijí a následně se z nich metodou diferenciální centrifugace připraví několik frakcí. Vědci připravili devět různých peletů – sedimentovaných buněčných částí. „Buněčné součásti, které rychle sedimentují, budou zastoupeny spíše v prvních frakcích,“ vysvětluje postup docent Hampl. Následně jednotlivé frakce označili izotopovými značkami, smíchali dohromady a měřili směs v hmotnostním spektrometru. Takto identifikovali přes pět tisíc proteinů a mnoho z nich přiřadili do buněčných kompartmentů. „Vtip metody spočívá v tom, že proteiny ve stejném kompartmentu sedimentují společně, a proto bude jejich zastoupení napříč frakcemi podobné, říkáme tomu profil. Protože u některých proteinů víme předem, do kterého kompartmentu patří, víme jak jeho profil vypadá a dokážeme k němu přiřadit ostatní proteiny,“ dodává Vladimír Hampl. Pomocí mnohorozměrných a pokročilých klasifikačních metod se Justyna Zítek a kolektiv snažili podle profilů přiřadit proteiny ke konkrétním kompartmentům v buňce.
Hlavním výstupem studie je popis proteomu mitochondrie druhu Paratrimastix pyriformis, do kterého statistická analýza přiřadila přibližně třicet proteinů. Z nich byl tým docenta Hampla schopen odvodit, že na Glycine Cleavage System navazuje sled tří dalších reakcí, připomínající situaci u lidské mitochondrie, které z původního produktu vytváří další deriváty kyseliny listové, až nakonec vznikne finální produkt – kyselina mravenčí. Vladimír Hampl dodává: „Ukázalo se, že redukovaná mitochondrie samozřejmě má pro organismus esenciální funkci, kterou však není syntéza železosirných center, ale syntéza methylovaných sloučenin pro cytosol.” U jednoduchých mitochondrií anaerobních protist nic podobného nebylo známo.
Práce Justyny Zítek a kolektivu je klíčová i z metodického hlediska, protože ukazuje, že pomocí techniky LOPIT lze studovat i nemodelové organismy kultivované se směsí bakterií, které jsou jinak biochemicky nebo proteomicky dost špatně charakterizovatelné. „Naše studie je druhou prací, kdy byla metoda LOPIT v plném rozsahu použita na prvoky. Je to velmi elegantní postup a bylo příjemné ukázat, že se dá použít i na poměrně špinavou kulturu organismu, který bychom jinak studovali jen velmi obtížně,“ popisuje další přínos studie docent Hampl.
Justyna Zítek, Zoltán Füssy, Sebastian C. Treitli, Priscila Peña-Diaz, Zuzana Vaitová, Daryna Zavadska, Karel Harant, Vladimír Hampl, Reduced mitochondria provide an essential function for the cytosolic methionine cycle, Current Biology, 2022, ISSN 0960-9822,
https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.10.028
