Sciencemag.cz
Doporučujeme
Modifikované proteiny sTim nejsou závislé na oxidaci a dráha MIA mohla být zredukována během evolučních adaptací k anaerobnímu prostředí.
Výzkum dvou laboratoří Přírodovědecké fakulty UK v centru BIOCEV – Laboratoře molekulární a biochemické parazitologie pod vedením Jana Tachezyho, a Laboratoře strukturní biologie zastoupené Danielem Rozbeským, ukázal, jak evoluční adaptace eukaryotických buněk k životu bez kyslíku mění základní vlastnosti proteinů, nezbytných pro biogenezi a funkci mitochondrií. Nová studie uveřejněná v časopise Current Biology ukazuje na tři typy funkčních modifikací proteinových komplexů v mezimembránovém prostoru mitochondrií anaerobních prvoků různých evolučních linií, včetně významných lidských parazitů. Výzkum pod vedením Jana Tachezyho je dlouhodobě zaměřen na odhalování funkčních adaptací organel, jako jsou mitochondrie a peroxisomy, které umožňují parazitickým prvokům infikovat a obývat prostředí se sníženou tenzí kyslíku.
Přizpůsobení k prostředí s nedostatkem kyslíku umožnilo eukaryotickým mikrobům obsadit široké spektrum ekologických nik, včetně dutin některých vnitřních orgánů jak bezobratlých, tak obratlovců, člověka nevyjímaje. Adaptace k anaerobnímu prostředí jsou patrné především na organelách, jejichž funkce je přímo metabolicky závislá na kyslíku, jako jsou mitochondrie.
U anaerobních typů mitochondrií, jejichž příkladem jsou hydrogenosomy Trichomonas vaginalis, je energetický metabolismus závislý na dýchacím řetězci nahrazen jednoduchou substrátovou fosforylací, která může probíhat anaerobně. Jak se však mění mitochondriální mechanismus importu proteinů, který je esenciální pro jejich biogenezi a funkci, zůstává dosud málo prozkoumanou oblastní, ačkoli kyslík je zásadní i pro tento proces. Kyslík je důležitý především pro oxidativní skládání tzv. malých chaperonů Tim (sTim), které třídí importované proteiny v prostoru mezi vnější a vnitřní mitochondriální membránou.
Jejich funkce závisí na konzervovaných cysteinových motivech, které jsou oxidovány v mezimembránovém prostoru proteiny tzv. dráhy MIA. Tato dráha stabilizuje strukturu malých proteinů Tim prostřednictvím disulfidických můstků. Regenerace oxidační kapacity MIA vyžaduje přímo molekulární kyslík nebo cytochrom c jako akceptor elektronů, což propojuje skládání struktury proteinů sTim s dýcháním.
Nová studie v časopise Current Biology objasňuje modifikace proteinů sTim a dráhy MIA v anaerobních typech mitochondrií. Prostřednictvím analýz genomů a proteomů napříč anaerobními eukaryoty byly identifikovány tři modifikace systému sTim/MIA: (i) konvenční systém sTim/MIA je přítomen, avšak namísto kyslíku využívá fumarát, jako akceptor elektronů (např. anaerobní houby), (ii) proteiny sTim jsou přítomné, avšak ztratili cysteinový motiv a dráhu MIA (např. T. vaginalis, parazit urogenitálního traktu), a (iii) jak proteiny sTim, tak MIA dráha zcela vymizela (např. střevní parazit Entamoeba histolytica).
Přítomnost cysteinových motivů ve struktuře malých proteinů Tim byla dosud považována za nezbytnou podmínku pro tvorbu funkční heterohexamerové struktury. Objev sTim proteinů bez tohoto motivu byl proto zcela nečekaný a vzbudil otázku, zda takto modifikované proteiny sTim jsou funkční. Výzkum sTim u T. vaginalis ukázal, že tyto proteiny jsou importované do mezimembránového prostoru hydrogenosomů a navzdory absenci kanonického cysteinového motivu, vytvářejí heterohexamerické komplexy, jejich stabilitu zajišťují zejména elektrostatické interakce.
Takto modifikované proteiny sTim nejsou závislé na oxidaci a dráha MIA mohla být zredukována během evolučních adaptací k anaerobnímu prostředí. Výzkum adaptací k anaerobióze nejen ukazuje na evoluční rozmanitost eukaryotických buněk, avšak rovněž ukazuje na rozdílnost anaerobních parazitů od buněk hostitele a odhaluje jejich „Achillovu patu“ pro vývoj antiparazitárních prostředků.
Jitka Kučerová, Alois Zdrha, Daniel Rozbeský, Abhishek Prakash Shinde, Jana Nebesářová, Ravi Kumar Narayanasamy, Tamara Smutná, Ivan Hrdý, Jan Tachezy,
Characterization of the sTim/MIA pathway in Metamonada reveals different evolutionary adaptations to anaerobiosis,
Current Biology,
2025,
https://doi.org/10.1016/j.cub.2025.10.027
