Studujeme laterální uspořádání biologických membrán do mikrodomén, tj. malých oblastí specifického tvaru, složení a funkce. Důraz přitom klademe na jejich zapojení do regulace buněčných procesů v reakci na podněty z okolního prostředí. S maximálním využitím výhod geneticky přístupného kvasinkového modelu zkoumáme zejména roli těchto membránových mikrodomén ve vnímání stresu a stresové adaptaci, v signalizaci a v regulaci buněčného metabolismu. Tyto membránové funkce předpokládají komunikaci mezi různými mikrodoménami, a to jak v jedné konkrétní membráně, tak mezi různými specializovanými membránami v rámci membránového systému eukaryotní buňky. Nedávno jsme například popsali, jak protein přirozeně se vyskytující v doménách plazmatické membrány ovlivňuje morfologii a funkční vlastnosti mikrodomén v membráně vakuoly.
Dvě různé fosfolipázy C, Isc1 a Pgc1, spolupracují při regulaci mitochondriální funkce
Mitochondrie se neustále přizpůsobují změnám v dostupnosti živin a vnějším stresům. Navrhli jsme model, ve kterém je tato adaptace zprostředkována lipidy. Konkrétně jsme ukázali, že mitochondriální fosfolipidy regulují biosyntézu buněčných sfingolipidů a naopak. Tímto způsobem je buňka schopna koordinovat strukturu a výkonnost mitochondrií s aktuálními potřebami celkového buněčného metabolismu. Zdá se, že jde o univerzálně použitelný princip buněčné regulace.
Mechanismus vzájemné regulace fosfolipáz Isc1 a Pgc1. Dva lipidy, diacylglycerol (DAG) a fosfatidylglycerol (PG), inhibují klíčové enzymy mitochondriální biosyntézy fosfolipidů: (i) PG-fosfát syntázu Pgs1, (ii) fosfatidylserin (PS) dekarboxylázu Psd1 a (iii) inositolfosfingolipid fosfolipázu C Isc1. Posledně jmenovaná je zvláště důležitá, protože ceramid, produkt hydrolýzy katalyzované Isc1, inhibuje Pgc1, PG-specifickou fosfolipázu C, která degraduje PG za vzniku DAG. Celá smyčka zajišťuje účinnou kontrolu syntézy PG (kardiolipinu) a fosfatidyletanolaminu (PE) v kontextu environmentálních stresových podnětů ovlivňujících biosyntetickou dráhu sfingolipidů. OMM – vnější mitochondriální membrána; IMM – vnitřní mitochondriální membrána; IPC – inositolfosfoceramid.
Publikace:
Balazova, M., Vesela, P., Babelova, L., Durisova, I., Kanovicova, P., Zahumensky, J., Malinsky, J.: (2022) Two different phospholipases C, Isc1 and Pgc1, cooperate to regulate mitochondrial function. Microbiology Spectrum. 10(6): e02489-22.
Mikrodoménový protein Nce102 je lokálním senzorem rovnováhy sfingolipidů v plazmatické membráně
Sfingolipidy, základní stavební kameny eukaryotických membrán a důležité signální molekuly, jsou regulovány v závislosti na podnětech z prostředí. Ukázali jsme, že množství proteinu Nce102 v plazmatické membráně je měřítkem aktuální potřeby sfingolipidů v buňce, zatímco jeho lokální distribuce označuje místa s vysokou poptávkou po sfingolipidech. Hmotnostní spektrometrická analýza odhalila snížené hladiny hydroxylovaných komplexních sfingolipidů v reakci na stres u buněk, kterým Nce102 chybí.
Protein Nce102 mikrodomény plazmatické membrány se podílí na regulaci metabolismu sfingolipidů. (A) Syntéza sfingolipidů, důležitých strukturních a signálních molekul, byla inhibována přidáním myriocinu v čase t = 0 min. Jak kvasinkové buňky rostly a dělily se, bodový vzor typický pro Nce102-GFP v mateřských buňkách vymizel v důsledku snížení obsahu sfingolipidů. V dceřiných buňkách zůstal Nce102-GFP distribuován rovnoměrně a nebyl lokalizován do mikrodomén. Měřítko: 5 μm. (B) Delece genu NCE102 vedla ke změnám v úrovni tříd sfingolipidů. V nepřítomnosti Nce102 se snížilo buněčné množství bází s dlouhým řetězcem (PHS, DHS). Naopak hladina fytoceramidu (PhytoCer) byla obecně zvýšena. Množství některých komplexních sfingolipidů (IPC a MIPC) bylo zvýšeno, jiných sníženo. LFC: log 2 násobná změna oproti buňkám divokého typu.
Publikace:
Zahumenský, J., Fernandes, C.M., Veselá, P., Del Poeta, M., Konopka, J.B., Malínský, J.: (2022) Microdomain Protein Nce102 Is a Local Sensor of Plasma Membrane Sphingolipid Balance. Microbiology Spectrum. 10(4): e0196122.