Čeští vědci objevili dosud neznámou část RNA. Alarmony chrání buňku v době hladu

Významný objev se podařil týmu vedenému Hanou Cahovou z Ústavu organické chemie a biochemie ve spolupráci s kolegy z Mikrobiologického ústavu Akademie věd ČR. Při studiu střevní bakterie E. coli vědci objasnili funkci „alarmonů“, malých molekul, které se ve zvýšené míře vyskytují ve všech typech organismů ve chvílích, kdy jsou vystaveny zátěži. Svůj objev tým publikoval v prestižním odborném časopise Nature Communications.

Tým, který novou část RNA popsal
Zdroj: AV ČR

Alarmony byly objeveny před více než 50 lety a vědci předpokládali, že slouží k buněčné signalizaci ve chvíli, kdy je organismus vystaven stresu. Až dosud ale netušili, jakým způsobem se na tomto buněčném poplachu podílí.

Ve výzkumné skupině Hany Cahové, která se zaměřuje na zkoumání ribonukleové kyseliny (RNA), si ale vědci všimli podobnosti těchto molekul s malou částí RNA a přišli s hypotézou, že by alarmony mohly být součástí RNA.

Aby hypotézu ověřili, vyvinuli techniku, která tyto molekuly jako součásti RNA umí najít. Díky ní se vědcům podařilo objevit hned devět nových ještě nepopsaných druhů těchto molekul a ověřit, že se v RNA skutečně nachází, a to na jejích koncích jako takzvané čepičky, které RNA chrání před poškozením.

Půl století staré tajemství

„Jako chemici jsme si všimli do očí bijící podobnosti těchto alarmonů se strukturou RNA, a tak jsme mohli odhalit něco, co zůstávalo biologům po padesát let skryto,“ uvedla Hana Cahová z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR.

Nejznámější rolí RNA je, že umožňuje buňce překládat informace uložené v DNA do enzymů. Má ale velmi krátkou životnost – v řádu sekund až minut, někdy hodin až dnů. Buňka tak vlastně neustále likviduje starou RNA, která splnila svou úlohu, a vytváří novou. Tzv. čepička umístěná na konci RNA ji ale dokáže před touto likvidací ochránit.

Likvidaci provádějí enzymy známé jako nukleázy, které dokáží RNA nastříhat na kousky, které pak mohou být posléze recyklovány při výrobě nové RNA. Aby nukleázy byly schopny nastříhat čepičkou chráněnou RNA, musí nejdříve specializovaný enzym čepičku odstranit.

Haně Cahové a jejím kolegům se podařilo ukázat, že enzym není schopen alarmonovou čepičku odstranit, pokud je takzvaně methylována, tedy doplněna methylovým přívěškem, k čemuž dochází ve chvílích, kdy má buňka nedostatek živin a hladoví.

K čemu takový výzkum je?

Protože tvorba nové RNA je energeticky náročná, předpokládají vědci, že právě tímto způsobem buňka v hubených časech dokáže šetřit cennou a již připravenou RNA.

Pokud má buňka živin nedostatek, dojde k methylaci čepiček na koncích RNA, takže enzymy nejsou schopny je odstranit a nukleázy pak nejsou schopny RNA rozstříhat. Když je živin zase dostatek, nastoupí jiný specializovaný enzym, který dokáže methylovanou čepičku odstranit a umožní tak degradaci předtím chráněné RNA.

Autoři v této práci ukazují, že okrajové konce RNA ovlivňuje zátěž a prostředí, kterému je buňka vystavena. Je to zároveň první důkaz o zabudování malých signálních molekul do RNA. Tento objev umožní lépe pochopit buněčné reakce na okolní prostředí a ukazuje, že ribonukleová kyselina je chemicky mnohem komplikovanější, než se tušilo.

Vědci se zabývají hledáním nových RNA modifikací především ve virech a bakteriích a pochopením jejich role. Využívají metody chemické biologie, tedy aplikují chemické metody na biologické systémy, a tak se snaží pochopit buněčné procesy.