Medzinárodný tím vedcov z Česka, Nemecka a z Holandska doplnil ďalší diel do skladačky molekulárnych mechanizmov, potrebných na pochopenie bunkového delenia.
Vedci ukázali, ako bunky využívajú neusporiadaný pohyb proteínových molekúl vo svojom vnútri na to, aby vyvinuli mechanickú silu potrebnú na správny priebeh rozdelenia bunky.
Dôležitú úlohu pritom zohrávajú vláknité proteínové štruktúry nazývané mikrotubuly. Slúžia ako kostra celého deliaceho aparátu.
Princíp pumpy na bicykel
Proteíny, ktoré sa slabo viažu do priestoru medzi tieto vlákna, fungujú ako častice plynu uzavreté vo valci s piestom. Reagujú na akékoľvek zmenšenie objemu zvýšením tlaku.
Podľa tohto jednoduchého princípu, ktorý poznáme z bežných púmp na bicykel, proteíny produkujú medzi prekrývajúcimi sa mikrotubulmi tlak, podobne, ako keby medzi každými dvoma mikrotubulmi bol miniatúrny piest alebo pružina.
Tento systém vytvára jednu z mechanických síl potrebných na správne rozdelenie bunky. „Nášmu tímu sa podarilo priamo zmerať miniatúrne sily pomocou optickej pinzety - prístroju, ktorým je možné vďaka svetelnému lúču pohybovať miniatúrnymi objektmi, jednotlivými molekulami. Touto metódou sme preukázali daný mechanizmus experimentálne aj teoreticky,“ vysvetlil český zástupca medzinárodného vedeckého tímu RNDr. Zdeněk Lánský, PhD.
Ako ďalej dodal, objasnenie tohto mechanizmu je jeden z krokov potrebných na pochopenie celého zložitého súkolia, ktoré tvorí základ bunkového delenia a môže sa v budúcnosti využiť na vývoj cielených terapií.
Zaujímavý mechanizmus
Podľa Z. Lánskeho sa vnútri každej bunky nachádza sieť proteínových vláken a ďalších proteínov, ktoré sa na ne viažu.
„Táto, pre bunku nevyhnutná sieť vláken, ktorá slúži ako „kosti a svaly“ bunky, sa počas jej života neustále preskupuje podľa toho, v akom štádiu sa daná bunka práve nachádza. Správny priebeh preskupovania je zásadný na dôležité bunkové pochody, ako je napríklad bunkové delenie alebo pohyb buniek. Chyby v preskupovaní môžu viest k závažným ochoreniam,“ spresnil Z. Lánský.
Až donedávna sa podľa neho predpokladalo, že k preskupovaniu je potrebná chemická energia, ktorú si organizmus vytvára napríklad z potravy.
„Náš objav ukazuje, že tento predpoklad nie je správny vo všetkých prípadoch, pretože sme ukázali, že je možné, aby sa cytoskeletálne vlákna preskupovali iba za využitia tepla okolitého prostredia. Ide o veľmi zaujímavý mechanizmus, keď bunka využíva teplotu svojho prostredia, aby preskupovala svoje vnútro, pričom nemusí využívať svoje vlastné zásoby energie,“ ozrejmil.
Jednomolekulárna technológia
Ako zdôraznil Z. Lánský, na výskum bunkových mechanizmov je dôležité pochopiť ich fungovanie na molekulárnej úrovni. „Na tento účel používame tzv. jednomolekulárnu technológiu (single molecule techniques). Ide o jeden z najmodernejších prístupov, keď dokážeme sledovať pohyb jednotlivých bio-molekúl v skúmanej vzorke v reálnom čase, čím sme schopní vytvoriť ich „mapu pohybu“ počas experimentu. V našich experimentoch jednotlivé molekuly sledujeme, a dokážeme s nimi aj manipulovať,“ priblížil Z. Lánský.
Na manipuláciu využívajú prístroj, tzv. optickú pinzetu, ktorá využíva laserové žiarenie. Kombinácia týchto dvoch prístupov, manipulácia s jednotlivými bio-molekulami a ich súčasné sledovanie umožňuje vedcom popísať fungovanie skúmaného biologického mechanizmu s veľkou presnosťou na molekulárnej úrovni.
Hľadajú sa ďalšie mechanizmy
Vedci, ktorí prišli na nový mechanizmus preskupovania bunkového vnútra, sa teraz snažia nájsť ďalšie príklady, kde by sa tento mechanizmus mohol v bunke uplatňovať.
„Najdôležitejšie je pochopiť, ako mechanizmus funguje a najmä pochopiť, ako nadväzuje na ďalšie, skôr objasnené mechanizmy preskupovania cytoskeletálnych vláken. Ak mu budeme rozumieť na molekulárnej úrovni a pochopíme jeho súhru s ďalšími mechanizmami preskupovania cytoskeletu, môžeme v budúcnosti tieto znalosti prípadne využiť pre medicínske aplikácie,“ uzavrel Z. Lánský.
Z. Lánský v súčasnosti zakladá laboratórium v centre BIOCEV, spoločnom projekte Akadémie vied a Univerzity Karlovej, ktorého hlavnou náplňou je výskum a vývoj v oblasti biotechnológií a biomedicíny.
Chce ho postaviť na svojich skúsenostiach s výskumom biologických systémov na úrovni jednotlivých molekúl, ktoré využije na ďalší výskum roly mechanických síl v základných bunkových procesoch a na vytváranie umelých programovateľných biomolekulárnych štruktúr.
Vedci ukázali, ako bunky využívajú neusporiadaný pohyb proteínových molekúl vo svojom vnútri na to, aby vyvinuli mechanickú silu potrebnú na správny priebeh rozdelenia bunky.
Dôležitú úlohu pritom zohrávajú vláknité proteínové štruktúry nazývané mikrotubuly. Slúžia ako kostra celého deliaceho aparátu.
Princíp pumpy na bicykel
Proteíny, ktoré sa slabo viažu do priestoru medzi tieto vlákna, fungujú ako častice plynu uzavreté vo valci s piestom. Reagujú na akékoľvek zmenšenie objemu zvýšením tlaku.
Podľa tohto jednoduchého princípu, ktorý poznáme z bežných púmp na bicykel, proteíny produkujú medzi prekrývajúcimi sa mikrotubulmi tlak, podobne, ako keby medzi každými dvoma mikrotubulmi bol miniatúrny piest alebo pružina.
Tento systém vytvára jednu z mechanických síl potrebných na správne rozdelenie bunky. „Nášmu tímu sa podarilo priamo zmerať miniatúrne sily pomocou optickej pinzety - prístroju, ktorým je možné vďaka svetelnému lúču pohybovať miniatúrnymi objektmi, jednotlivými molekulami. Touto metódou sme preukázali daný mechanizmus experimentálne aj teoreticky,“ vysvetlil český zástupca medzinárodného vedeckého tímu RNDr. Zdeněk Lánský, PhD.
Ako ďalej dodal, objasnenie tohto mechanizmu je jeden z krokov potrebných na pochopenie celého zložitého súkolia, ktoré tvorí základ bunkového delenia a môže sa v budúcnosti využiť na vývoj cielených terapií.
Zaujímavý mechanizmus
Podľa Z. Lánskeho sa vnútri každej bunky nachádza sieť proteínových vláken a ďalších proteínov, ktoré sa na ne viažu.
„Táto, pre bunku nevyhnutná sieť vláken, ktorá slúži ako „kosti a svaly“ bunky, sa počas jej života neustále preskupuje podľa toho, v akom štádiu sa daná bunka práve nachádza. Správny priebeh preskupovania je zásadný na dôležité bunkové pochody, ako je napríklad bunkové delenie alebo pohyb buniek. Chyby v preskupovaní môžu viest k závažným ochoreniam,“ spresnil Z. Lánský.
Až donedávna sa podľa neho predpokladalo, že k preskupovaniu je potrebná chemická energia, ktorú si organizmus vytvára napríklad z potravy.
„Náš objav ukazuje, že tento predpoklad nie je správny vo všetkých prípadoch, pretože sme ukázali, že je možné, aby sa cytoskeletálne vlákna preskupovali iba za využitia tepla okolitého prostredia. Ide o veľmi zaujímavý mechanizmus, keď bunka využíva teplotu svojho prostredia, aby preskupovala svoje vnútro, pričom nemusí využívať svoje vlastné zásoby energie,“ ozrejmil.
Jednomolekulárna technológia
Ako zdôraznil Z. Lánský, na výskum bunkových mechanizmov je dôležité pochopiť ich fungovanie na molekulárnej úrovni. „Na tento účel používame tzv. jednomolekulárnu technológiu (single molecule techniques). Ide o jeden z najmodernejších prístupov, keď dokážeme sledovať pohyb jednotlivých bio-molekúl v skúmanej vzorke v reálnom čase, čím sme schopní vytvoriť ich „mapu pohybu“ počas experimentu. V našich experimentoch jednotlivé molekuly sledujeme, a dokážeme s nimi aj manipulovať,“ priblížil Z. Lánský.
Na manipuláciu využívajú prístroj, tzv. optickú pinzetu, ktorá využíva laserové žiarenie. Kombinácia týchto dvoch prístupov, manipulácia s jednotlivými bio-molekulami a ich súčasné sledovanie umožňuje vedcom popísať fungovanie skúmaného biologického mechanizmu s veľkou presnosťou na molekulárnej úrovni.
Hľadajú sa ďalšie mechanizmy
Vedci, ktorí prišli na nový mechanizmus preskupovania bunkového vnútra, sa teraz snažia nájsť ďalšie príklady, kde by sa tento mechanizmus mohol v bunke uplatňovať.
„Najdôležitejšie je pochopiť, ako mechanizmus funguje a najmä pochopiť, ako nadväzuje na ďalšie, skôr objasnené mechanizmy preskupovania cytoskeletálnych vláken. Ak mu budeme rozumieť na molekulárnej úrovni a pochopíme jeho súhru s ďalšími mechanizmami preskupovania cytoskeletu, môžeme v budúcnosti tieto znalosti prípadne využiť pre medicínske aplikácie,“ uzavrel Z. Lánský.
Z. Lánský v súčasnosti zakladá laboratórium v centre BIOCEV, spoločnom projekte Akadémie vied a Univerzity Karlovej, ktorého hlavnou náplňou je výskum a vývoj v oblasti biotechnológií a biomedicíny.
Chce ho postaviť na svojich skúsenostiach s výskumom biologických systémov na úrovni jednotlivých molekúl, ktoré využije na ďalší výskum roly mechanických síl v základných bunkových procesoch a na vytváranie umelých programovateľných biomolekulárnych štruktúr.
Foto. archív HN. Pumpička na bicykel ako inšpirácia pre možnú liečbu nádorových ochorení
Lekári
Lekárnici
Sestry
Zdravotnícki pracovníci
ZdN