Nova studija bionaučnika sa Univerziteta Rajs objašnjava kako osnovne ćelijske strukture zajedničke većini oblika života sarađuju da bi podstakle rast u modelnom biljnom organizmu. Nalazi bi mogli da rasvetle odgovarajuće mehanizme u ljudskim ćelijama.
Pre nego što bude dovoljno zrela da izvrši fotosintezu, sadnica Arabidopsis thaliana u razvoju se oslanja na rezervu masti uskladištene unutar njenih ćelija u kesicama obloženim proteinima poznatim kao lipidne kapljice. Energetski bogat sadržaj ovih kapljica se mobiliše u intracelularnim kontejnerima zvanim peroksizomi. Nova studija je otkrila da je za ovu saradnju potreban enzim na peroksizomu koji pomaže u razbijanju proteinske prevlake na lipidnim kapljicama. Ranije je poznato da enzim ⎯ MIEL1 ⎯ boravi u ćelijskom jezgru, gde pomaže u regulisanju ekspresije gena.
Otkriće nove uloge i lokacije za MIEL1 pokrenulo je pitanje da li će se nalazi primeniti i na njegov ljudski pandan, PIRH2. Dodatni eksperimenti su potvrdili da se PIRH2 povezuje sa peroksizomima kada se eksprimira u ćelijama Arabidopsis, prema studiji objavljenoj u Proceedings of the National Academi of Sciences. Pošto PIRH2 igra značajnu ulogu u razvoju tumora, detaljnije razumevanje njegove ćelijske funkcije moglo bi da pruži uvid u prevenciju i lečenje raka.
U ljudskim ćelijama, PIRH2 pomaže u razgradnji p53, dobro poznatog proteina koji kontroliše proliferaciju ćelija sa oštećenim genomom. Gen koji kodira p53 nazvan je „čuvar genoma“ i detaljno je proučavan zbog njegove uloge u suzbijanju tumora. Mutacije koje remete njegovu funkciju nalaze se u većini karcinoma.
„PIRH2 je jedan od najviše proučavanih regulatora p53, tako da je direktno vezan za rak, jer je p53 često mutiran i umešan u različite vrste raka u mnogo različitih organa i tipova ćelija“, rekla je Melisa Traver, postdoktorsko istraživanje. saradnik u laboratoriji Bartel koji je vodeći autor studije.
„Zbog toga je zanimljiv gen za proučavanje“, dodao je Traver, koji je takođe član doktorskog programa iz biohemije i ćelijske biologije. „Učenjem više o tome moglo bi se saznati šta znamo o tome kako rak funkcioniše i kako ga zaustaviti. Nikada nisam mislio da ću na kraju pročitati radove o raku u biljnoj laboratoriji. Započeo sam ovaj projekat pokušavajući da odgovorim na veoma, veoma konkretan pitanje o biljkama, i bilo je izuzetno ohrabrujuće i korisno pronaći nešto što je potencijalno šire primenljivo u svim sistemima.“
Nalazi su učvrstili Traverovo uverenje da fundamentalna istraživanja mogu dati uticaje jednako važne kao i nauka zasnovana na primeni.
„Kao diplomirani student, proveo sam dosta vremena braneći osnovnu nauku i naglašavajući njenu neophodnost i suštinsku vrednost“, rekao je Traver.
Zajedno sa Boni Bartel, Rajsovim Ralfom i profesorom bionauka Doroti Luni, Traver je ispitivao ćelijske procese koji se odvijaju tokom klijanja Arabidopsis.
„Godinama smo proučavali peroksizome u Arabidopsisu – kako se prave i šta rade i zašto su važni“, rekao je Bartel. „Peroksizomi igraju posebno kritičnu ulogu tokom klijanja, kada biljka prolazi kroz značajan rast, ali još nije dovoljno zrela da izvrši fotosintezu. To znači da mora da koristi lipide uskladištene u semenu od strane matične biljke.
„Počeli smo da se interesujemo za kapljice lipida zbog bliske povezanosti ove dve organele – jedne gde se skladište masti i jedne gde se obrađuju. Lipidne kapljice imaju proteinski omotač koji ih sprečava da se stapaju jedna sa drugom. Zanimalo nas je kako se ćelije oslobađaju ovog proteina, koji se naziva oleozin.“
Da bi saznao kako se oleozin razlaže, Traver je konstruisao verziju proteina označenu fluorescentnim markerom.
„Mi smo genetičari, pa kada želimo nešto da razumemo, volimo da to razbijemo“, rekao je Bartel. „Melisa je odlučila da potraži biljke koje ne mogu da razgrađuju ovaj oleozin na način na koji to radi divlji tip. Zbog fluorescentne oznake na oleozinu, videla je da je sadnica divljeg tipa u početku bila osvetljena. Međutim, fluorescencija bledi kako oleozin se razgrađuje i lipidi se troše.“
Nasuprot tome, mutantne sadnice koje ne mogu da razbiju oleozin nastavljaju da pokazuju fluorescenciju. Sekvencirajući njihov genom i upoređujući ga sa genomom divljeg tipa biljke, Traver je uspeo da identifikuje gen odgovoran za sposobnost biljaka da razgrađuju oleozin.
„Gen koji više ne radi u mutantnim sadnicama kodira MIEL1, nuklearni enzim koji pomaže u razgradnji transkripcionih faktora – proteina koji moduliraju ekspresiju gena“, rekao je Bartel.
Traver je izvršio više eksperimenata kako bi otkrio da li MIEL1 prati lipidne kapljice ili peroksizome.
„Neočekivana stvar koju je Melisa otkrila je da iako deluje na kapljice lipida, MIEL1 je zapravo lokalizovan na peroksizomu“, rekao je Bartel. „Kapljice lipida i peroksizomi su rasute po ćeliji i ne želite da razgradite oleozin osim ako se kapljica lipida nalazi odmah pored peroksizoma. Naša hipoteza je da je posedovanje ovog enzima na peroksizomima način da se obezbedi prava biohemija dešava tamo gde je potrebno.“
Nalazi studije sugerišu da bi interakcija posredovana enzimima između peroksizoma i lipidnih kapljica mogla izgledati slično u svim eukariotskim oblicima života.
„Sledeće što bi trebalo da uradite bi bilo da se sprovedu eksperimenti na ljudskim ćelijama ili drugim životinjskim modelima da se vidi da li su slični mehanizmi u igri“, rekao je Traver.
