Jak se reguluje mRNA v buňkách bojujících se stresem

Buňky všech organismů, lidi nevyjímaje, jsou často vystavovány nepříznivým podmínkám. Proto musí bojovat s různými formami stresu. Jedná se například o náhlý pokles kyslíku, přehřátí, oxidační stres nebo virovou infekci. To vše vyvolává buněčnou odpověď, která podporuje adaptaci na nepříznivé podmínky.

Tento proces je do velké míry řízen rozsáhlými změnami v aktivitě mRNA molekul, které slouží jako předpis pro výrobu proteinů v cytoplazmě (mRNA translace). Když se organismus dostane do nepříznivých podmínek, dochází k rychlému „přeprogramování“ mRNA translace. Velká část mRNA je inaktivována. Zastavuje se syntéza nových proteinů, zatímco jiné typy mRNA molekul jsou aktivovány k výrobě jiných, pro zvládnutí stresu nezbytných proteinů. Tento proces buňkám umožňuje ušetřit energii a přesměrovat svoje úsilí na nutné opravy, adaptaci a zotavení.

Buněčná odpověď na stres je doprovázena tvorbou buněčných organel zvaných stresové granule, které obsahují proteiny a mRNA. Ačkoli funkce těchto organel zůstává do značné míry neznámá, všeobecně se předpokládalo, že obsahují pouze neaktivní mRNA molekuly, jejichž translace je potlačena. Naše nová studie, publikovaná v časopise Cell, však tuto hypotézu přeformulovala.

V živých lidských buňkách se podařilo detekovat zároveň stresové granule, jednotlivé molekuly mRNA a jejich translaci. K tomu jsme využili inovativní mikroskopické metody pracující s několika fluorescenčními značkami. Tento přístup umožnil sledovat, jak jednotlivé mRNA molekuly v reálném čase interagují se stresovými granulemi a jak se účastní výroby nových proteinů. Výsledky těchto experimentů překvapivě odhalily, že mRNA translace není v těchto organelách potlačena. Analýza mikroskopických dat dále naznačila, že pro některé typy mRNA molekul je translace ve stresových granulích i poměrně častá. Z těchto výsledků vyplývá, že potlačení mRNA translace během buněčného stresu probíhá na jiné úrovni, a ne nutně v těchto organelách, jak se předpokládalo.

Mikroskopický snímek buněk během oxidačního stresu. Stresové granule jsou zobrazeny modrozeleně. Purpurově svítí buněčná jádra a jednotlivé mRNA molekuly (malé tečky v cytoplazmě). Translace těchto mRNA molekul se projeví zbarvením do žluta.Snímek Mateju D. et al.: Cell, 2020

Mateju D. et al.: Cell, 2020, DOI: 10.1016/j.cell.2020.11.010

Ve spolupráci s Czexpats in Science (czexpats.org)