Laboratoř buněčné morfogeneze

Vedoucí: Viktor Žárský a Fatima Cvrčková


Technička:

Marta Čadyová

Doktorandi:

Radek Bezvoda, Michal Grunt, Barbora Honysová, Ivan Kulich, Elvia Amparo Rosero

Diplomanti:

Sylva Přerostová, Peter Sabol, Juraj Sekereš, Lenka Stillerová, Zuzana Vojtíková

Laboratoř, těsně provázaná s Laboratoří buněčné biologie Ústavu experimentální botaniky AV ČR a spolupracující s řadou zahraničních pracovišť, se zabývá především výzkumem molekulárních mechanismů buněčné polarity.

Předmětem zkoumání tedy jsou proteiny a regulační dráhy, , které rostliné buňce umožňují umisťovat buněčné struktury polárním způsobem - tedy např. polárně růst, nebo vylučovat specifické látky (třeba složky buněčné stěny nebo některé membránové proteiny) pouze ve vymezených oblastech buněčného povrchu. U rostlin, jejichž buňky jsou obaleny pevnou stěnou a nemohou proto migrovat, je polarizovaná exocytosa zásadní jak pro orientované buněčného dělení, tak pro orientovaný buněčný růst, a oba tyto procesy pak jsou určující pro utváření mnohobuněčného rostlinného těla.

Polarizovaná exocytóza je v rostlinné buňce vždy spjata s intenzivní a přísně regulovanou recyklací membrán, proto ji nelze studovat i bez souvislosti s celým kontextem endomembránového systému. Podrobnější diskusi této tématiky (v angličtině) naleznete zde.

Obrázek vpravo (převzato z Žárský et al. 2009) shrnuje přehled známých signálních proteinů, které se podílejí na ustavení tzv. aktivované kortikální domény - tedy oblasti buněčného povrchu, která provozuje aktivní exocytosu, což je důležitá součást procesu recyklace membrán.

Konkrétní studovaná témata jsou zaměřena zejména na evolučně konzervované proteiny a proteinové komplexy účastnící se polarizované exocytózy a organizace cytoskeletu, především:

Hlavními experimentálními objekty jsou rostliny A. thaliana a tabáku, v poslední době též mech Physcomitrella patens. Regulace buněčně polarity je studována zejména na modelu růstu pylové láčky.

Exocyst

Exocyst je evolučně konzervovaný oktamerický proteínový komplex, složený z podjednotek Sec3, 5, 6, 8, 10, 15, Exo70 a Exo84, který se podílí na regulaci polarizované exocytosy zřejmě u všech eukaryot.

Exocyst zřejmě zprostředkuje "adresování" membránových sekretorických váčků na specifická místa v rámci cytoplasmatické membrány, v situacích sahajících od polárního růstu výbežků živočišných neuronů přes pučení kvasinek až popolarizovanou sekreci, růst a dělení rostlinné buňky.

Naše laboratoř byla první, která identifikovala geny kódující všechny podjednotky exocystu u rostlin, biochemicky charakterizovala rostlinnou verzi tohoto komplexu a až dosud se zabývá podrobnou charakterizací biologické úlohy exocystu a jeho jednotlivých podjednotek, případně jejich isoforem (podrobněji v publikovaných pracích - výběr zde).

Obrázek ukazuje jako příklad důsledky ztráty nejvíce exprimované isoformy Exo70 u arabidopsis - převzato z práce Synek et al. 2006).


Forminy

Forminy jsou proteiny obsahující evolučně konzervovanou tzv. FH2 doménu schopnou nukleovat aktinová vlákna (proto bývají označovány též jako FH2 proteiny). Vyznačují se velmi variabilní doménovou strukturou. Uřady organismů (ne však u rostlin) obsahují např. specifickou doménu zprostředkující jejich regulaci malými GTPázami z rodiny Rho, asociovanými s plasmatickou membránou. Uněkterých nižších rostlin (např. mechů) komunikaci mezi forminem a GTPázou zřejmě zprostředkovává jíná doména, a forminy semenných rostlin sice mohou být buď integrálními, nebo pravděpodobně i periferními membránovými proteiny, avšak GTPázy rodiny Rho přímo neváží (blíže viz zde, zejména Grunt et al. 2008).

V poslední době se ukazuje, že forminy se podílejí nejen na organizaci aktinového cytoskeletu, ale interagují též s mikrotubuly. Podíleli jsme se na identifikaci nové domény vážící mikrotubuly u skupiny rostlinných forminů třídy I (obrázek je převzat z práce Deeks, Fendrych et al. 2010; nahoře kolokalizace forminu - zeleně - s mikrotubulárním markerem - zeleně; dole naopak chybějící kolokalizace s aktinem - červeně).


Signální dráhy

Koordinace procesů, jejichž výsledkem je polarizovaný buněčný růst nebo polarizovaná exocytóza, vyžaduje precizní souhru řady signálních drah. Naše skupina se dlouhodobě věnuje zejména studiu signalizace související s funkcí malých GTPáz a jejich kofaktorů; efektorem těchto GTPáz je mimo jiné též komplex Exocyst, dále též výzkumu úlohy reaktivních forem kyslíku ve vrcholovém růstu a studiu fosfolipidové signalizace (vybrané publikace zde).

Na obrázku jsou defektní kořenové vlásky mutanta Arabidopsis s poškozenou funkcí genu SCN, který kóduje jeden z regulátorů GTPáz rodiny Rho (převzato z Carol et al. 2005).


Další témata

Členové laboratoře se příležitostně věnují i dalším tématikám sahajícím od fylogenetických studií "neprofilových" genových rodin přes studium obecných morfogenetických mechanismů, jaké se uplatňují např. iu mnohobuněčných mikrobiálních těl, až po aktivní zapojení do teoretické debaty o inteligenci rostlin. Některé publikace k těmto "nezařaditelným" tématům najdete zde.


Publikace týmu

Vybrané publikace k jednotlivým dílčím tématikám naleznete zde; pro kompletní přehled publikační aktivity použijte tento vyhledávací formulář (vypňte jména autorů - Žárský, Viktornebo Cvrčková, Fatima).