Intranet Areál web

Fyziologický ústav AV ČR

Špičková věda pro zdraví

Bioenergetika dědičných metabolických poruch


Významnou skupinou dědičných mitochondriálních poruch jsou defekty ATP syntázy, klíčového enzymu buněčného energetického metabolizmu. Detailně proto zkoumáme sestavování tohoto proteinového komplexu složeného z mnoha podjednotek a proteiny, které se jej účastní. 

Studium pacientů s mitochondriálními onemocněními

V mitochondriích probíhá celá řada důležitých metabolických drah včetně oxidativní fosforylace (OXPHOS), beta oxidace mastných kyselin a Krebsova cyklu. Není tedy překvapující, že mitochondriální dysfunkce může mít za následek řadu lidských patologií.

Výzkum lidských mitochondriálních patologií, který využívá vzorků z takto postižených pacientů, významně přispěl k objevu nových mitochondriálních proteinů a jejich funkcí. Uvážíme-li, že podle současných odhadů existuje přibližně 300 mitochondriálních proteinů, které dosud vůbec nebyly identifikovány, může výzkum v této oblasti přispět k objasnění mnoha nemocí.

Dnes charakterizace nového pacienta typicky začíná exomovým sekvenováním, což patří mezi specializace našeho spolupracujícího pracoviště – Kliniky dětského a dorostového lékařství (KDDL) 1. Lékařské fakulty UK v Praze. Naší doménou pak je následná biochemická a funkční charakterizace nově identifikovaných proteinů.

 

Biogeneze ATP syntázy

ATP syntáza je enzym, kterému se věnujeme již mnoho let. Snažíme se poznat geny, jejichž mutace vedou k lidským patologiím, stejně tak jako charakterizovat dráhy vedoucí k sestavování tohoto enzymu složeného z mnoha podjednotek. 

TMEM70
V roce 2008 jsme se spolupodíleli na objasnění genetické příčiny mitochondriálního onemocnění velké skupiny pacientů. Podařilo se totiž najít homozygotní mutaci v jaderném genu Tmem70. Přesná funkce jím kódovaného proteinu TMEM70 není dosud známá, ale zřejmě se účastní sestavování proteinového komplexu ATP syntázy. U pacientů totiž dochází k významnému snížení množství kompletně sestavených komplexů ATP syntázy (Čížková et al., 2008).
V současnosti se snažíme protein TMEM70 blíže charakterizovat. Zjistili jsme, že z 29-kDa prekurzoru je po importu do mitochondrií odštěpena N-koncová mitochondriální signální sekvence. Maturovaný protein (21 kDa) je lokalizovaný ve vnitřní mitochondriální membráně (Hejzlarová et al., 2011).

Schéma postupného sestavování komplexu ATP syntázy v savčích mitochondriích.

Současné projekty zahrnují:

  1. Úloha proteinu TMEM70 v biogenezi ATP syntázy (myší knock-out genu Tmem70 – ve spolupráci s dr. Sedláčkem, ÚMG AV ČR; potkaní knock-out genu Tmem70 – ve spolupráci s dr. Pravencem, FGÚ AV ČR).
  2. Úloha podjednotek centrálního stonku ATP syntázy v biogenezi tohoto enzymu (buněčné linie s knock-downovanými geny kódujícími podjednotky γ, δ a ε).
  3. Hledání nových proteinů asociovaných s ATP syntázou nebo regulujících její biogenezi.

 

Superkomplexy mitochondriálních enzymů

Studujeme asociaci enzymů OXPHOS do vyšších strukturních celků, tzv. superkomplexů. Jedná se o rychle se rozvíjející oblast, v rámci níž se soustředíme především na výzkum strukturních interakcí tzv. flavinových dehydrogenáz s jinými komponenty OXPHOS, případně dalších mitochondriálních metabolických drah (Krebsův cyklus).