Vědci zmapovali původ „enzymu nesmrtelnosti“ v časovém okně více než miliardy let

Autorský tým z institutu CEITEC Masarykovy univerzity a Biofyzikálního ústavu AV ČR, pod vedením Petra a Jiřího Fajkuse, v těchto dnech publikoval vědeckou studii, v níž podstatně rozšířil okruh organismů se známou RNA podjednotkou telomerázy, a objasnil tak společný původ telomerázových RNA u rostlin, řas i evolučně vzdálenějších jednobuněčných organismů, jako jsou např. nálevníci nebo rozsivky.

Dostali se tak dále do minulosti a také hlouběji ke kořenům fylogenetického stromu eukaryot. Jejich převratná vědecká studie, která přinesla zcela nové poznatky o evoluci klíčové eukaryotické nekódující RNA v časovém rozpětí více než miliardy let, byla publikována v prestižním odborném časopise Nucleic Acids Research.

Související

Radek Chlup

Nalezen nejstarší kmen morové bakterie, která po…

Lukáš Bauer

Evoluce genomu na úrovni druhů probíhá podle vědců…

Telomeráza je komplex, který dokáže v buňkách kompenzovat zkracování konců chromozomů (telomer) v důsledku jejich neúplného kopírování před každým buněčným dělením. Bez telomerázy se chromozomy zkracují při každém jejich kopírování, tedy v každém buněčném cyklu. Aktivita telomerázy proto souvisí s tím, zda je počet možných dělení buněk omezený, či neomezený. Buňky s aktivní telomerázou jsou v tomto smyslu nesmrtelné. Neomezený počet dělení je typický například pro lidské kmenové buňky, nádorové buňky nebo buňky rostlin.

Většina lidských somatických buněk nemá telomerázu aktivní a má tedy jen omezený počet dělení buněk. To je důvod, proč naše buňky, tkáně i celý náš organismus stárnou. Pokud by vědci přesně rozuměli tomu, jak je aktivita telomerázy regulovaná, odhalili by biologické tajemství nesmrtelnosti. Profesor Jiří Fajkus se se svým týmem již přes 25 let zabývá problematikou telomer a telomerázy a byl prvním na světě, kdo v roce 1996 popsal aktivitu telomerázy u rostlin.

Základní součástí telomerázy je telomerázová RNA podjednotka, označovaná krátce jako TR, která poskytuje předlohu (templát) pro syntézu DNA na koncích chromozomů – telomer. TR slouží také jako lešení pro sestavení celého komplexu telomerázy vazbou telomerázové reverzní transkriptázy (TERT) a dalších bílkovin.

Templátová oblast TR je také klíčovým místem, kterým se telomeráza váže ke koncům telomer, které pak prodlužuje. „Sekvenci templátové oblasti TR lze proto odvodit od sekvence telomer, se kterou se přitom páruje a která se na jejím základě syntetizuje. Před dvěma lety jsme charakterizovali TR v rámci evolučního stromu všech cévnatých rostlin. Tehdy jsme zjistili, že geny pro rostlinné TR přepisuje z DNA do RNA nikoli RNA polymeráza II, jako je tomu např. u člověka a dalších živočichů nebo kvasinek, nýbrž RNA polymeráza III, a že tento přepis řídí krátká oblast DNA, zvaná promotor, v tomto případě tzv. promotor typu 3. Ten se skládá z motivů zvaných USE a TATA a je v rámci cévnatých rostlin konzervativní, tedy velmi podobný. Bylo proto možné jej použít spolu s předpokládanou sekvencí templátové oblasti TR jako znak pro vyhledávání genů pro TR,“ objasňuje svůj výzkumný záměr Petr Fajkus, první autor vědecké studie.

V nově publikované práci se autoři pustili do charakterizace TR nejen u evolučně vzdálenějších „sourozenců“ a předchůdců vyšších rostlin, např. mechorostů a řas, ale také ještě vzdálenějších organismů, jako jsou například jednobuněční nálevníci, kteří spolu s rostlinami sdílejí tzv. fylogenetickou megaskupinu, v tomto případě zvanou Diaphoretickes.

„To znamená, že před více než miliardou let měly organismy z této megaskupiny společného předka. Vzhledem k velkým rozdílům v sekvencích TR i promotorů v rámci tak širokého rozpětí organismů však nebylo možné vyhledávat TR u těchto organismů jednoduše na základě sekvenční podobnosti TR a jejich promotorů. Proto jsme vymysleli následující postup: nejprve zjistit, jak přesně vypadá promotor typu 3 v genomech určité užší skupiny organismů a následně tuto sekvenci použít společně s předpokládanou sekvencí templátové oblasti v TR k identifikaci TR. Naštěstí se promotor typu 3 vyskytuje, kromě předpokládané TR, také u řady malých jaderných RNA, které se podílejí např. na sestřihu RNA, tedy vystřihování nekódujících úseků (intronů) z RNA vzniklé přepisem genů. Geny pro tyto RNA jsou v řadě případů popsány nebo alespoň přístupné identifikaci ze sekvenčních dat, protože jejich konzervativnost je přece jen vyšší než u samotných TR. Z genů pro tyto RNA byla tedy zjištěna přesná struktura promotoru a následně byly vyhledávány oblasti genomu obsahující v určité vzdálenosti od takového promotoru předpokládanou templátovou sekvenci TR,“ popisuje Petr Fajkus svou unikátní výzkumnou strategii.