Slovenski raziskovalci odkrili nov biološki proces

Znanstveniki in znanstvenice v skupini dr. Jerneja Uleta so odkrili nov biološki proces, ki so ga poimenovali interstaza. Ta proces omogoča celicam, da vzdržujejo ravnovesje beljakovin, ki so si funkcionalno podobne, tako da se te beljakovine združijo z lastnimi sporočilnimi molekulami, imenovanimi mRNA, so sporočili s Kemijskega inštituta. 

To odkritje odpira vrata za raziskovanje, kaj se zgodi, če interstazi ne uspe nadzorovati kopičenja teh beljakovin. »Številne starostne bolezni so povezane s kopičenjem beljakovin, ki se združujejo v kondenzatih,« je povedal Ule. »Zdaj raziskujemo vlogo interstaze pri uravnavanju beljakovin, ki so povezane z nevrodegeneracijo, in ali bi odpoved interstaze lahko vplivala na njihovo grudanje.«

Dodal je, da se »veliko področij biologije osredotoča na povratne zanke, ki nadzorujejo posamezen gen, beljakovino ali pot. Mi smo naredili korak nazaj in pogledali, kako celica vzdržuje ravnovesje velikega kondenzata, ki ga lahko vidimo pod svetlobnim mikroskopom, s tem pa uravnava beljakovine, ki sodelujejo na različnih poteh. Upam, da bo to navdihnilo druge raziskovalce, da raziščejo, kako povratne zanke med beljakovinami in mRNA v kondenzatih spodbujajo ravnovesje na različnih področjih biologije.«

Kako kopičenje škoduje celicam

Jernej Ule je diplomiral na Univerzi v Ljubljani, nato pa doktoriral na Univerzi Rockefeller v New Yorku, kjer je nato nadaljeval podoktorsko delo. Leta 2006 se je preselil v Cambridge, ustanovil svojo skupino v MRC Laboratory of Molecular biology, leta 2013 pa je postal profesor na Univerzitetnem kolidžu London. Leta 2016 se je preselil s skupino na Inštitut Francis Crick, aprila 2022 pa je prevzel vodenje britanskega raziskovalnega centra za raziskavo demence na Kraljevem kolidžu London. Poleg tega je četrtinsko zaposlen na Kemijskem inštitutu. FOTO: Jože Suhadolnik 

Te beljakovine imajo prožne dele, ki nimajo stalne tridimenzionalne oblike, zato lahko hkrati vzpostavljajo veliko medsebojnih povezav. Če se teh beljakovin nabere preveč, lahko tvorijo škodljive grudice, so pojasnili v sporočilu za javnost. Beljakovine s podobnimi prožnimi deli se pogosto združijo skupaj, zato je njihovo ravnovesje skupni izziv za celico. »Nabiranje teh beljakovin lahko primerjam z globalnim segrevanjem, kjer vsak od nas prispeva malo preveč toplogrednih plinov, kar skupaj povzroči velik problem,« je pojasnil Jernej Ule, vodja laboratorija na Inštitutu Francis Crick v Londonu in vodja Laboratorija za RNA-omrežja na Kemijskem inštitutu v Ljubljani. Ule vodi tudi raziskave na Inštitutu za raziskovanje demence na Kraljevem kolidžu v Londonu v Veliki Britaniji. Zanima ga, kako te prožne beljakovine vplivajo na celice, saj lahko njihovo kopičenje ali grudanje škoduje celicam in povzroči bolezni, kot so nevrodegenerativne motnje.

Da bi razumeli, kako celice uravnavajo količino teh beljakovin, sta Rupert Faraway in Neve Costello Heaven iz Uletove ekipe preučevala jedrne pege – kondenzate v celičnem jedru, ki vsebujejo različne beljakovine in molekule RNA. Njihove ugotovitve, objavljene v reviji Nature, so razkrile nov način, kako celice ohranjajo ravnovesje skupine beljakovin, ki se združujejo v kondenzatih. S pomočjo računalniškega programa je Faraway odkril, da imajo mnoge sporočilne molekule (mRNA) posebno ponavljajoče se zaporedje, ki deluje kot »rdeče zastavice«. Ta zaporedja pogosto kodirajo prožne dele beljakovin. Eno od teh zaporedij kodira mešano nabite regije v jedrnih beljakovinah, ki uravnavajo izražanje genov.

»Podobnost v zaporedjih mRNA pomaga celici povrniti ravnovesje, če se v jedrnih pegah nabere preveč teh beljakovin,« je pojasnil raziskovalec. Njegova kolegica pa je uporabila fluorescenčne oznake, da bi videla, kaj se zgodi, ko se mešano nabite beljakovine kopičijo. »Ko se je količina teh beljakovin v pegah povečala, smo opazili tudi kopičenje njihovih lastnih mRNA v pegah. To je zmanjšalo nadaljnjo proizvodnjo teh beljakovin in tako pripomoglo k njihovemu skupnemu ravnovesju,« je pojasnila.

Ekipa je ta proces poimenovala interstaza: kopičenje različnih beljakovin v kondenzatu zmanjša nadaljnjo proizvodnjo teh beljakovin, saj se njihove mRNA ujamejo v isti kondenzat. Ko so mRNA ujete v pegah, celica ne more več proizvajati teh beljakovin.

Raziskovalka Neža Vadnjal s Kemijskega inštituta je z Neve Costello Heaven pokazala, da je to ujemanje v pegah odvisno od specifičnih ponavljajočih se zaporedij v mRNA. Klara Kuret Hodnik in Jure Rebselj, prav tako s Kemijskega inštituta, sta izvedla poglobljene računalniške analize in modeliranje, ki so pokazali, da interstaza pomaga celici uravnavati gene, ki so še posebej občutljivi za količino – njihove ravni morajo biti natančno pravšnje, so pojasnili na Kemijskem inštitutu.