Rostlinní biologové z Carnegie institutu zkoumali signální řetězce a vztahy mezi steroidy a růstem tkání u rostlin a zvířat. Tak, jak už je v poslední době pro americkou vědu typické, také v tomto případě jsou hlavními aktéry vědci s obtížně vyslovitelnými jmény: Zhi-Yong Wang a Wenqinag Tang, Tae-Wuk Kim, Yu Sun, Zhiping Deng, Shengwei Zhu, Ruiju Wang... Jejich výsledky nyní publikoval časopis Science. Netypické na jejich práci je to, že vsadili na proteomiku. Byla to šťastná volba, Jde o poznatky na rostlinných steroidech nazývaných brassinosteroidy. To jsou ve světě rostlin klíčové hormony, řídí růst a vývoj buněk. Z mutantů, kterým se těchto hormonů nedostává (nebo mají špatně fungující receptor pro tento hormon), se stávají zakrslíci, nebo jsou neplodní a nebo z nich jsou jiným způsobem vážně postižení rostlinní pacienti. Dodání hormonu ale dokáže i jiné věci. Například zajistit, aby rostlina nějakou dobu rostla ve tmě jako kdyby byla na světle, dokáže rostlinu ochránit před šokem ze změny teplot, postříkání zasolenou vodou,...
Brassinosteroidy se v mnohém podobají lidským steroidům. Na úrovni buňky ale působí odlišně. U nás (živočichů) steroidy působí prostřednictvím vnitřních receptorů. Jejich molekuly zasahují až do buněčného jádra. V rostlinných buňkách steroidové signály působí prostřednictvím receptorů, které jsou vystrčeny ven z buněčné membrány.
Nezodpovězenou otázkou je, jak si rostlinné buňky hormonální zprávu zpracují a předávají tam, kam má být doručena. Signál je potřeba z povrchu buňky dostat do stejného místa, jako u živočichů. Tím místem určení je buněčné jádro, konkrétně geny, jež jsou těmi od kterých se chce aby hormonální příkaz vykonali.
Tradiční genetické metody odhalily celou řadu komponent, ze kterých se signalizační cesty ovlivňující funkci genů skládají. Genetický přístup ale není schopen zjistit všechny „součástky“ tohoto složitého mechanismu. Povětšinou to je kvůli tak zvané renundanci. Tu si můžeme představit, jako když několik genů hraje v buněčném orchestru ty samé housle. To se pak těžko určuje, který z aktérů hraje chvílemi falešně.
Aby vědci přišli na to, co se v buňce po zásahu hormonu děje, využili k tomu proteomiku. U rostlinných buněk to je zřejmě poprvé, co někdo něco takového k tomuto účelu u rostlin použil. Proteomika, nebo genomika, jaký vtom je rozdíl? Pod oběma názvy se skrývá něco dost obdobného. Snahou genomiky je získat kompletní přehled o všech genech v genomu. U proteomiky jde o totéž, ale na úrovni proteinů. Proteomika se snaží získat kompletní mapu všech proteinů, které daný organismus tvoří.
Tak jako genomika má svůj problém v nepřeberném množstvím genů (genom), proteomika se potýká zase s tím, že i tu nejmenší rostlinku tvoří stovky tisíc různých proteinů (proteom). A kdyby jen to. On je vůbec problém definovat co to ten proteom je. Snad by to šlo definovat pro určitý okamžik, kdy je jasné co daný organismus tvoří. Problém si uvědomíme, když se tentýž organismus pokusíme na úrovni proteomu definovat za nějakou dobu znovu. Z hrůzou zjistíme, že je to něco zcela jiného. Ale nechme na pokoji definici termínu proteomika a soustřeďme se na její možnosti, které se ukázaly i v tomto případě jako užitečné. Aby se proteomika nějak vypořádala s velkými porcemi směsí podobných proteinů, využívá tak zvanou dvourozměrnou gelovou elektroforézu. Tato metoda je schopna rozpoznat i nepatrné rozdíly ve struktuře jinak podobných proteinů. Ale ani to mnohdy nestačí. Problém je v tom, že signální proteiny, kterými buňka řídí svojí činnost, podle momentálního výskytu hormonálních látek v prostředí řídí, jsou v buňkách jen ve značně nepatrných objemech. Proto také dřívější pokusy o jejich izolaci, selhávaly. Jde o to, že pár molekul se v kvantech jiných proteinů, vyskytujících se ve velkém množství, jen těžko hledá. To, že se zjistilo, že signální proteiny jsou u rostlin vázány na buněčnou membránu, dovolilo při snaze je získat, odhodit veškerý „balast“. Balastem se v tomto případě rozumí všechny proteiny z vnitřku buňky. Rázem se tak z analýzy jehly ve stohu slámy stala analýza jehly v kupce sena.
To je zhruba podstata přístupu, který nyní vědcům dovolil dostat se ke skupině proteinů svázaných s funkcí povrchových receptorů, jež přenáší hormonální signály. Jde o proteiny, které tak činí prostřednictvím výměny fosfátových iontů. Jsou to enzymy zvané kinázy. A protože se jedná o skupinu proteinů přenášejících v tomto případě signály rostlinných steroidů – brassinosteroidů, nazvali je brassinosteroidní kinázy (jak jinak).
O tom, že v jádrech rostlinných buněk jsou geny pro tvorbu stovek různých receptorů na povrchu buňky se ví již delší dobu. Jak si ale buňky informace předané jim prostřednictvím povrchových receptorů dopraví do svého řídícího informačního centra, se nevědělo prakticky nic. Jen to, že to nějak dělat musí, neboť jen tam lze podle předem předpřipravených plánů spouštět, nebo tlumit činnost příslušných genů.
Wangův výzkum také zjistil, že rostlinné buňky obsahují celý rozsáhlý arzenál proteinů, které se brassinosteroidním signálním kinázám hodně podobají. Vědci si o nich myslí, že jsou onou velkou neznámou. Oním dosud chybějícím spojením přenášejícím informace mezi receptory a jádrem. Poznatky Wangova týmu tedy nespočívají jen ve zjištění vazby signálních steroidů s povrchovými buněčnými receptory. Jde o odhalení vzorového předávání informace, kterým se řídí chování buněk a který může platit obecně. Tady už nejde „jen“ o přenos signálu steroidních hormonů, ale i pravděpodobný způsob řešení přenosu signálů dalších hormonů a hormonálně aktivních látek. Poznatek je považován za velký úspěch vědního oboru proteomika. Využití poznatků se předpokládá především v oblasti rostlinné výroby. Brassinosteroidy jsou jednou ze šesti skupin rostlinných hormonů (těmi dalšími jsou auxiny, gibbereliny, cytokininy, etylen a kyselina abscisová). Brassinosteroidy řídí u rostlin růst, množení buněk, hospodaření rostliny s vodou a celou řadou dalších významných funkcí s dopadem na výnosy. Jejich úloha nastupuje v případech, kdy environmentální podmínky nejsou pro rostliny nejpříznivější (sucho,vysoká teplota,...). Možnost cíleně ovlivňovat (spouštět a tlumit) funkce genů a zachraňovat tak například úrodu, a to vše jen pouhým působením na receptory na povrchu buněk rostlin, je hodně lákavá vidina.
Pramen: Carnegie Institution
Diskuze:
