Vědci jsou Tau proteinu na stopě. Jak fungují nervové buňky

Nejnovější objevy přináší práce mezinárodního týmu (Siahaan et al.) se spoluautorkami z Katedry buněčné biologie RNDr. Lenkou Libusovou, Ph.D. a postgraduální studentkou Mgr. Terezou Humhalovou publikovaná v časopisu Nature Chemical Biology.

Ukazuje, že tau protein může na cytoskeletálních strukturách buňky zvaných mikrotubuly vytvářet obaly. Ty následně mění vlastnosti obalených mikrotubulů a zároveň brání průchodu některých molekulárních motorů, které zajišťují vnitrobuněčnou dopravu právě pohybem po mikrotubulech.

Mikrotubuly jsou tenké trubice, které uvnitř buněk slouží jako dráhy zajišťující dopravu nejrůznějšího nákladu (váčků, mitochondrií, jiných mikrotubulů, proteinových komplexů) z jednoho místa v buňce na jiné. U menších buněk probíhá doprava na krátké vzdálenosti, avšak u buněk všeobecně velkých či v jednom směru protáhlých je třeba zajistit i transport na velké vzdálenosti.

Nervové buňky se svými výběžky jsou typickým příkladem buněk, kde mikrotubuly zajišťují přesun nákladu často na vzdálenost mnoha centimetrů. Pokud jsou však mikrotubulární dráhy poškozené a/nebo transportní procesy neprobíhají správně, může dojít k rozvoji neurodegenerativního onemocnění. 

Související

Marek Kuřina

DNA nanotechnologie na vzestupu. Otevírá se oblast…

Lukáš Bauer

Čeští lékaři a vědci umí prodloužit život lidem…

Proteiny, které se na mikrotubuly vážou, jsou souhrnně označovány jako MAPs (zkratka vzniklá z „microtubule-associated proteins“). MAPs jsou velmi důležitými hráči v cytoskeletálním orchestru buňky, neboť svou vazbou ovlivňují stabilitu mikrotubulů, zajišťují ukotvení mikrotubulární sítě k cytoplazmatické membráně či propojení s dalšími cytoskeletálními strukturami.

Konkrétně proteiny MAP2 a tau, které patří do jedné rodiny bílkovin, na mikrotubulech vytvářejí ze svých molekul jakési ochranné návleky (anglicky nazývané obálky, tj. envelopes). Návlekem chráněné části jsou odolné vůči enzymům, které mikrotubuly degradují. 

Čerstvě publikovaná práce dvou českých skupin (dr. Zdeňka Lánského z Biotechnologického ústavu AV ČR v centru BIOCEV a dr. Lenky Libusové z PřF UK) ve spolupráci s vědci z kalifornské univerzity (UC Davis) ukazuje, že proteiny MAP2 a tau toho svou vazbou na mikrotubuly způsobí ještě více. Pokud pokryjí svými kooperativně navázanými molekulami nějakou část mikrotubulu jako návlekem, pak v dané části vyvolají také změnu struktury mikrotubulu.

Mikrotubul se zkrátí, aniž by se z něj uvolnila jakékoliv stavební jednotka, pouze se v obalené oblasti stane kompaktnějším. Zajímavé je, že závislost mezi přítomností návleku a délkou mikrotubulu platí i obráceně – pokud se mikrotubul působením vnější síly natáhne, pak z něj návlek tvořený molekulami tau či MAP2 opadá. To vyvolává otázku, k čemu by tato citlivost návleky obalené mikrotubulární sítě k mechanickému tahu mohla v nervových (nebo třeba svalových) buňkách sloužit za fyziologických podmínek.

Další zajímavou vlastností návleků z proteinů tau a MAP2 je, že selektivně ovlivňují průchod molekulárních motorů, které se po mikrotubulech pohybují. Zatímco dyneinové motory pohybující se směrem k jádru buňky (retrográdně) dokážou tau či MAP2 návlek překonat, pro některé kinezinové motory pochodující směrem k plazmatické membráně (anterográdně), jsou tyto oblasti zásadní překážkou.

Na mikrotubulech se tedy vazbou studovaných MAPs vytvářejí oblasti, ve kterých je transport nákladu omezen jen na dopravu jedním směrem či je průchod umožněn jen některým typům molekulárních motorů. Určité úseky mikrotubulů tím získávají odlišné funkce, což je důležité pro správné fungování nervové buňky. Zdá se, že proteiny z rodiny tau skrývají ještě mnohá překvapení.

Zdroj: BIOCEV, Nature Chemical Biology