Aby mohly buňky růst, tvarovat se, komunikovat nebo se bránit proti původcům chorob, musí ze svého nitra dopravovat rozmanité látky na přesně určená místa svého povrchu. Tento materiál obvykle putuje v malých váčcích, které se na konkrétní "adrese" připojují k plazmatické membráně ohraničující povrch buněk. S membránou transportní váčky posléze splynou, čímž zásilku "vyloží".

Jak ale buňka zajistí, aby váčky dorazily na správnou adresu? Zásadní roli zde hraje bílkovinný komplex exocyst, který váčky k plazmatické membráně "ukotvuje". Exocyst byl objeven roku 1996 u kvasinek a krátce nato u živočichů. V roce 2008 popsali existenci komplexu exocyst u rostlin vědci z Laboratoře buněčné biologie Ústavu experimentální botaniky AV ČR (ÚEB) a PřF UK pod vedením profesora Viktora Žárského. Ve studiu exocystu a jeho funkce v rostlinách jsou čeští vědci světovou špičkou dodnes, což dokazuje i nejnověji publikovaná práce.

V ní tento tým zkoumal podrobnosti vazby mezi rostlinným exocystem a lipidy, což jsou látky tukové povahy, obsaženými v plazmatické membráně. "Kombinovali jsme biochemické, molekulárně-biologické a mikroskopické techniky s matematickým modelováním molekul a jejich interakcí. Výsledky získané modelováním jsme potom experimentálně ověřovali," vysvětluje Martin Potocký z ÚEB, který celý výzkum vedl.

Rostliny versus živočichové a houby: shody i rozdíly

Vědci zjistili, že rostlinný exocyst získal během evoluce některé unikátní vlastnosti, kterými se liší od exocystu hub a živočichů, ačkoli u všech tří skupin organismů se tento komplex skládá z osmi různých proteinových molekul (podjednotek) a jeho celková architektura je podobná. Další výzkum ovšem prokázal důležité rozdíly ve způsobu interakce s plazmatickou membránou. Zatímco u hub a živočichů vazbu na membránu řídí dvě podjednotky exocystu, u rostlin je dominantní pouze jedna. Na tuto podjednotku, označovanou EXO70A1, se proto badatelé zaměřili v další fázi projektu.

Detailní pohled na interakce mezi molekulami

Experimenty i počítačové simulace odhalily, že rozdílné části molekuly EXO70A1 mají různé funkce a interagují buď s plazmatickou membránou, nebo s ostatními podjednotkami exocystu. Podařilo se identifikovat konkrétní aminokyseliny (tedy stavební kameny bílkovinného řetězce) zodpovědné za vazbu na membrány. "Zjistili jsme, že EXO70A1 se přednostně váže na dva specifické lipidy přítomné v plazmatické membráně. To bylo překvapivé, neboť u živočichů a hub plní stejnou funkci jiný, i když příbuzný lipid. Důvodem jsou nejspíš rozdíly v chemickém složení membrán," popisuje Lukáš Synek z ÚEB, jeden ze tří hlavních autorů článku.

"Jako první jsme podrobně prozkoumali molekulární interakce mezi rostlinným exocystem a lipidovou membránou. Umožní nám to lépe pochopit regulaci růstu a vývoje buněk i celých rostlin. Velmi se nám osvědčilo propojení experimentů s počítačovými simulacemi. Tyto mezioborové přístupy úspěšně využíváme i při studiu jiných proteinových komplexů vázajících membrány," říká Roman Pleskot, další z hlavních autorů.

Na výzkumu se podíleli hlavně vědci a vědkyně z Laboratoře buněčné biologie ÚEB, z nichž část zároveň působí na PřF UK. Spolupracovali rovněž s kolegy z Vysoké školy chemicko-technologické v Praze a Ústavu biochemie a biofyziky Polské akademie věd.