Centrum Algatech

Mikrobiologický ústav AV ČR, v.v.i. - vědecké pracoviště Třeboň

Molekulární mechanismy regulace buněčného cyklu

Kateřina Bišová

Buněčný cyklus je jednou z nejrychleji se rozvíjejících oblastí současné biologie. Většina našich současných znalostí o buněčném cyklu byla umožněna díky produkci podmíněných mutantů buněčného cyklu, které byly v průběhu sedmdesátých let minulého století vytvořeny nejdříve Lelandem Hartwellem v Saccharomyces cerevisiae a posléze Paulem Nursem v Schizosaccharomyces pombe. Průběh buněčného dělení je dobře charakterizován u kvasinek a u vyšších eukaryot. U rostlin a zvláště potom u řas je regulace buněčného dělení známa méně. Zelené řasy se často dělí speciálním způsobem označovaným jako násobné dělení. Tento typ buněčného cyklu se vyznačuje dlouhou růstovou fází, během které buňka několikrát zdvojnásobí svůj objem. Následně dojde, buď už průběhu růstové fáze a nebo na jejím konci, k několika replikacím DNA a jaderným a buněčných dělením. Mateřské buňky se běžně dělí na čtyři, osm i více dceřiných buněk.

Průchod buněčným cyklem je regulován vysoce konzervovanými proteiny, cyklin-dependentními kinázami (CDK) v komplexu s cykliny. Komplexy CDK/cyklin zodpovědné za regulaci mitózy jsou před jaderným dělením udržovány v neaktivním stavu a k jejich aktivaci dochází až bezprostředně před vlastním jaderným dělením což zaručuje správné načasování tohoto procesu. Z toho vyplývá, že nejkritičtější rozhodnutí o jaderném dělení je vykonáno před jeho započetím. Za inaktivaci CDK v době před jaderným dělením a následně za správně načasovaný vstup do něj je zodpovědná rodina tyrosinových kinas označovaných jako WEE1 kinasy. Těsně před vstupem do jaderného dělení je odstraněna tyrosinová fosforylace na CDK pomocí CDC25 fosfatázy a mitotický CDK/cyklin komplex je tím opět aktivován. Tato regulace je dobře konzervována od kvasinek pro savce. V rostlinné říši byl zatím popsán pouze jediný funkční homolog CDC25 v zelené řase Ostreococcus tauri. Dokonce se spekuluje, že u vyšších rostlin homolog CDC25 zcela chybí. V naší laboratoři se snažíme charakterizovat funkci kinázy Wee1 a fosfatázy Cdc25 u zelené řasy Chlamydomonas reinhardtii a u mechu Physcomitrella patens. Zajímáme se jak o jejich funkci v regulaci běžného buněčného cyklu, tak o jejich roli v zastavení buněčného cyklu po poškození DNA. Základem naší práce je příprava vysoce synchronizovaných řasových kultur, které dále analyzujeme pomocí různých metodických přístupů od biochemie, buněčné a molekulární biologie, přes fluorescenční a elektronovou mikroskopii po genetiku.

                                                               

Vývoj buněčného cyklu v zelené řase Clamydomonas reinhardtii.