Úspešný inventár bielkovín na Ústave biochémie Maxa Plancka v Centrosome

Aj keď má veľkosť iba tisíciny milimetra, hrá dôležitú úlohu vo všetkých bunkách - centrozóme, bunkovom tele zloženom z proteínov, ktoré sú nevyhnutné pre delenie, formovanie a pohyb buniek. V každej bunke je prítomný v jednej alebo - pred rozdelením - dvoch kópiách a organizuje „kostru“ bunky, mikrotubulárny cytoskelet. Vedci z Max Planckovho inštitútu pre biochémiu v Martinsriede neďaleko Mníchova a Univerzity v južnom Dánsku v Odense teraz náhle našli značný počet predtým neznámych proteínov centrozómu v ľudských bunkách - úspech má veľký lekársky význam, pretože poruchy Centrozómy hrajú úlohu pri rakovine, ale aj obezite alebo cukrovke 2 (Nature, 4. decembra 2003). Chybné zloženie centrozómov, v dôsledku čoho dôležité proteíny pracujú nesprávne alebo úplne chýbajú, vedie k narušeniu bunkového delenia a k rozvoju nádorov.

V ľudskom organizme dochádza každú sekundu k niekoľkým miliónom bunkových delení (napr. V bunkách krvi, čreva a kože): S každým bunkovým delením sa obsah bunky zdvojnásobí a distribuuje sa do dvoch nových dcérskych buniek. To isté sa deje s chromozómami, nosičmi genetickej informácie bunky (DNA). Tu cytoskelet mikrotubulov vytvára jemnú sieť, deliace sa vreteno, ktoré je organizované dvoma centrozómami bunky (pozri obr. 1). Centrozóm ako „majster ceremoniálu“ bunkového delenia riadi deliace vreteno a zaisťuje, aby sa chromozómy, ktoré sa počas bunkového delenia duplikujú, rovnomerne rozdelili medzi dve novovytvorené dcérske bunky a aby všetky informácie a funkcie pôvodnej bunky boli „zdedené“. V nádorových bunkách je toto rozdelenie chromozómov a centrozómov často narušené a môžu vzniknúť bunky s príliš veľkým alebo príliš malým počtom chromozómov.

Vedci vedia o ústrednej úlohe centrozómu v bunke už viac ako sto rokov. O jeho štruktúre a funkcii je však známe veľmi málo. Martinsriedovým bunkovým biológom v odbore Ericha Nigga sa teraz podarilo určiť zloženie proteínov (proteomiky) centrozómu v jednom výskumnom projekte. Vedci za týmto účelom izolovali centrozómy z bunkových kultúr a potom spolu so svojimi dánskymi kolegami stanovili jednotlivé proteíny, ktoré sa v centrozóme vyskytujú. Vedci z Odense sú špecialisti v oblasti analýzy proteínov pomocou hmotnostnej spektrometrie: tu sa proteíny ionizujú a potom sa analyzujú a identifikujú na svoju hmotnosť v plynnej fáze. Doteraz bolo pomocou metód hmotnostnej spektrometrie identifikovaných iba niekoľko proteínov alebo proteínových zložiek (peptidov), ale vedci spolupracujúci s Matthiasom Mannom v Odense vyvinuli metódu, ktorá im umožňuje extrahovať jednotlivé proteíny zo zmesi stoviek proteínov alebo peptidov alebo na identifikáciu a kvantifikáciu peptidov („profilovanie korelácie proteínov“).

Výzvou pri skúmaní proteínov centrozómu bolo najskôr izolovať ich vo vysokej kvalite. Celkovo 1 000 nájdených proteínov sa potom porovnalo v databázach s už známymi proteínmi centrozómov. Vedci zistili, že okrem približne 60 známych proteínov identifikovali aj 19 ďalších, úplne neznámych proteínov a tiež 41 proteínov, ktoré sa s vysokou pravdepodobnosťou nachádzajú v centrozóme. Obe výskumné skupiny tak dokázali svojou štúdiou, ktorá trvala necelé dva roky, zdvojnásobiť počet známych proteínov centrozómu.

Jednoznačné priradenie proteínov k centrozómu uskutočnil Christopher J. Wilkinson a jeho kolegovia z Martinsriedu. Pracovná skupina pod vedením Ericha Nigga sa mnoho rokov zaoberá ľudským centrozómom a najmä jeho úlohou pri delení buniek a vývoji nádorov. Pomocou imunofluorescenčnej mikroskopie boli vedci schopní jasne preukázať lokalizáciu 19 proteínov v centrozóme. Vedci za týmto účelom spojili proteíny s iným proteínom, ktorý fluoreskuje, keď je vystavený svetlu pri určitej vlnovej dĺžke (GFP = „zelený fluorescenčný proteín“). Týmto spôsobom bolo možné sledovať proteíny počas bunkového delenia pod mikroskopom a pozorovať, že týchto 19 proteínov sa skutočne vyskytuje v centrozóme.

„Dokázali sme identifikovať veľké množstvo proteínov vo veľmi krátkom čase,“ hovorí Wilkinson. "Doteraz bolo možné v štúdii sústrediť iba jeden proteín, ale vďaka efektívnej spolupráci s tímom Matthiasa Manna sme boli schopní preskúmať proteóm, teda celé zloženie proteínov v centrozóme. Toto sa nikdy predtým nepodarilo." S našimi výsledkami sme teraz blízko poznania celého proteínového zloženia centrozómu. ““

Význam týchto nových poznatkov pre výskum ľudských chorôb je zrejmý: jeden z proteínov, ktoré vedci teraz identifikovali ako centrozomálne, súvisí s vývojom rakoviny lymfatických uzlín (lymfóm B a T buniek). Vedci tiež našli časť proteínu, ktorý je priradený k takzvanému proteínu Alströmovho syndrómu a podieľa sa na vzniku obezity, cukrovky 2. typu a neurosenzorickej degenerácie. Identifikácia tohto veľkého množstva zložiek centrozómu otvára úplne nové perspektívy, aby sa v ďalších štúdiách objasnila ich regulácia, funkcia a interakcia medzi sebou navzájom a s inými bunkovými proteínmi. [ED/AT]

Pôvodná publikácia:

Andersen J. S., Wilkinson C. J., Mayor T, Mortensen P, Nigg E A, Mann M.: Proteomická charakterizácia ľudského centrozómu pomocou profilovania proteínov. Nature, zv. 426, č. 6966, s. 570-574, 4. decembra 2003.

Nigg E A: Aberácie centrozómov: príčina alebo následok progresie rakoviny? Nat Rev Cancer. 2002 nov; 2 (11): 815-25.

Aebersold R, Mann M: Proteomika na základe hmotnostnej spektrometrie. Nature Vol. 422, s. 198 - 207, 13. marca 2003.

Ďalšie informácie získate na adrese:

Eva-Maria Diehl (Public Relations)

Max Planck Institute for Biochemistry, Martinsried