Dnešní pojednání bude o logistice buněk a jejich skladovém hospodářství. Je prostě geniální. Kam se na ně hrabou se svými pakovacími programy ajtíci. Tak třeba lidské buňky, aby ušetřily místo, napěchují dva metry dlouhou informaci (šroubovici DNA) do chromozomálního balíčku, který zaujímá 10 000krát(!) méně místa, než je objem, který by v buňce tato data zaujímala za normální situace v nezabaleném stavu.
Chromozómy jsou známy už od roku 1842, kdy je objevil švýcarský biolog Karl Wilhelm von Nägeli. Vlákna DNA jsou známa už také drahně let. Proč se zde o tak banální záležitosti vlastně zmiňujeme? Protože udělat pakovací program na takové vlákno není jen tak. Oplývá totiž bohatým negativním nábojem. Když takový materiál chcete uspořádat, tak je to podobné, jako byste chtěli učesat silně zelektrizované vlasy. Dokud se náboje nezbavíte, nejde to. Elektrostatické síly přitom fungují i na úrovni DNA, a to tak, že čím delší vlákno, tím větší odpor negativního náboje je třeba překonat. Přijít tomu na kloub si vzal do hlavy Riccardo Levi-Setti z University of Chicago. Zaujaly ho obrněnky. Jsou to organismy, kterých je všude dost a hlavně mají genetického materiálu v buňce mnohem více, než kolik ho máme v buňkách my, lidé.
Člověk k tomu má speciální proteiny, kterým říkáme histony. To je ona látka, která neutralizuje negativní náboj DNA a s jejíž pomocí umíme DNA poskládat do enormně malého prostoru. Funguje to tak, že okolo histonů se vlákno DNK obtáčí. Histonovým formacím v DNA pak říkáme nukleosomy.
Obrněnky mají ve své buňce také kompaktní chromozóm. Problém je v tom, že jejich DNA neobsahuje histony ani nukleosomy. Jak to, že jejich chromozóm umí kondenzovat podobně jako ten náš?
Teprve nyní se dostáváme k meritu věci. Odpověď na tuto záhadu dal svými pokusy Levi-Setti. Sympatický stařík obrněnkám odebral z jejich DNA vápníkové a hořčíkové ionty. Jakmile tak učinil, chromozómy obrněnkám explodovaly. Pak už jen stačilo vytvořit obrázky lokalizující kationty vápníku a hořčíku v chromozómech a učinit závěr. Podle něj je to jasný důkaz toho, že funkce zmíněných iontů zde spočívá v neutralizaci negativního náboje DNA při jejím skládání. Ostatně, osud vybuchujících chromozómů je k takovému tvrzení dostatečně pádný argument.
To ale znamená, že spolu s velkými chromozómy obrněnek, které drží pohromadě jen díky přidaným iontům, tu máme také velký problém s vysvětlováním, jak taková rarita vůbec vznikla. Možnosti jsou dvě. Buďto kdysi dávno obrněnky histony také měly, ale někde je cestou evoluce prošustrovaly, anebo je nikdy neměly. Pokud obrněnky histony neměly, potom by to znamenalo, že příroda řešila problém úsporného skladování informací hned dvakrát. A pokaždé jinak. V obou případech šlo o to, nasoukat informaci zapsanou ve formě vlákna do co nejmenšího prostoru a přitom ji nerozlámat a nezauzlovat, aby se při dělení dala snadno vybalit a opakovaně použít. Znamenalo to smotávání vlákna do vyšších spiralizovaných struktur uspořádaných do smyček. Spolu s tím to ale znamenalo řešit nevhodné iontové vybavení vláken vzpouzejících se takové komprimaci.
Mnohobuněčé organismy to všechny řeší šmahem pomocí zmíněných histonů. Vápníkovými ionty si vypomohou jen tu a tam. Obrněnky to řeší výlučně vápníkem a hořčíkem. Zdá se, že jsme tu narazili na evolučně nejstarší formu neutralizace DNA, kterou jednobuněčné organismy začaly uplatňovat dávno před tím, než na scénu vstoupily histony.
Jde zřejmě o začátek úspěchu, kterým si buňky vyřešily problém s místem, což jim umožnilo skladovat ohromné množství dat. To nutně muselo vést k urychlení procesu zkoušení různých variant a kombinací z uskladněných informací. V podobě obrněnek se nám zřejmě zachoval počátek cesty ke stále „chytřejším“ organismům.ˇ
Pramen: University of Chicago
Riccardo Levi-Setti, Konstantin L. Gavrilov and Peter J. Rizzo. Divalent cation distribution in dinoflagellate chromosomes imaged by high-resolution ion probe mass spectrometry. European Journal of Cell Biology, 2008; (in press) DOI: 10.1016/j.ejcb.2008.06.002
Diskuze:
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
