Kontakty

Vedoucí skupiny: 

Martin Potocký

Areál: 

Lysolaje

Adresa: 

Rozvojová 263, 165 02 Praha 6 - Lysolaje, Česká republika

E-mail: 

potockyueb [dot] cas [dot] cz

Tel.: 

+420 225 106 457, +420 225 106 458

www: 

Laboratoř buněčné biologie

Přehled laboratoře

(další informace naleznete také na našich webových stránkách www.cell-biology.cz)

Naším hlavním úkolem je identifikovat a pochopit molekulární moduly, které regulují polaritu a morfogenezi rostlinných buněk, se zaměřením na ty, které fungují na křižovatce sekreční dráhy, lipidů plazmatické membrány a aktinového cytoskeletu. Naši pozornost rozdělujeme mezi dva hlavní procesy, které dávají rostlinným buňkám jejich tvar: orientované buněčné dělení a diferencovaný buněčný růst, a zaměřujeme se na nitrobuněčné molekulární mechanismy řídící buněčnou morfogenezi, jako je exocytóza. 

Náš výzkum

Organizace buněčných procesů u eukaryot závisí na transportu extracelulární matrix, membránových lipidů a proteinů na povrch buňky, který se uskutečňuje převážně prostřednictvím exocytotických vezikul. Vrcholem sekreční dráhy je exocytóza, jemně vyladěný proces zahrnující přivázání, připojení a splynutí sekrečních vezikul s plazmatickou membránou, který nakonec vyvrcholí uvolněním nákladu.

          Jádrem našeho zkoumání je exocyst, konzervovaný oktamerický proteinový komplex, který hraje ústřední roli při připoutávání sekrečních váčků k plazmatické membráně, a slouží tak jako klíčový regulátor exocytózy. Naše výzkumné úsilí se soustřeďuje na rozbor funkčních aspektů role exocystu u různorodého spektra rostlinných druhů, od krytosemených rostlin Arabidopsis thaliana a Nicotiana tabacum až po mechorosty Physcomitrium patens a Marchantia polymorpha, a streptofytní řasu Klebsormidium nitens. Důležitým aspektem našeho výzkumu je zkoumání úlohy vezikulárního transportu, konkrétně exocystu, v reakci rostlin na abiotické stresy a v interakcích mezi rostlinami a mikroorganismy.

Molekulární vhled do funkce a evoluce komplexu exocyst u rostlin

Obrázek 1: Model naznačující, jak komplex exocyst u Arabidopsis připojuje sekreční váček k plazmatické membráně prostřednictvím izoformy EXO70A1 a několika záporně nabitých fosfolipidů. Vložené obrázky ukazují mnohostranný metodický přístup naší laboratoře, který kombinuje nejmodernější mikroskopické, výpočetní, biochemické a in planta techniky. Inspirováno výsledky publikovanými v (Synek, Pleskot, Sekereš et al. 2021).

          Objasnili jsme evoluční historii komplexu exocyst suchozemských rostlin a odhalili vícestupňový vzorec evoluce jeho různých podjednotek. Rozčlenili jsme evoluci podjednotky EXO70 a odhalili její rozdělení na tři dobře zavedené podrodiny, z nichž každá vykazuje jedinečné funkční vlastnosti. Pomocí mezidruhových komplementačních analýz jsme poukázali na hlubokou konzervaci kanonické podrodiny EXO70.1 a nezávislou evoluci nekanonických podrodin EXO70.2 a EXO70.3 (Haluška, Janková-Drdová et al., submitted). Kromě toho naše zkoumání izoforem podjednotek exocystu SEC15a a SEC15b osvětlilo jejich hlavní role v samčím gametofytu a sporofytu, a odhalilo překvapivé získání nové funkce pro SEC15a ve sporofytu (Batystová et al. 2022). Naše funkční studie exocystu u mechu Physcomitrium patens přinesla poznatky o významu podjednotky exocystu SEC6 v buněčném dělení a organizaci mnohobuněčných struktur. Naše pozorování dokumentují roli komplexu exocyst při přechodu od jednoduchých vláknitých struktur ke složitému morfologickému uspořádání v rostlinných orgánech (Obr. 2) (Brejšková et al. 2021).

Obrázek 2: Narušení komplexu exocyst u mechu Physcomitroium patens vede k závažným vývojovým vadám. Převzato z (Brejšková et al. 2021). 

Lipidová signalizace na plazmatické membráně rostlin

Růst pylové láčky, klíčové součásti pohlavního rozmnožování rotlsin, vyžaduje přísně regulovaný mechanismus vylučování pektinu k udržení plasticity buněčné stěny. Na této regulaci se na apikální plazmatické membráně podílejí fosfoinositidy a kyselina fosfatidová, ale procesy regulující jejich produkci zůstávají nejasné. Ve spolupráci se skupinou Tilla Ischebecka z univerzity v německém Göttingenu jsme ukázali, že diacylglycerolkináza 5 hraje významnou roli v regulaci sekrece pektinu v apikálně rostoucích pylových láčkách (obr. 3) (Scholz, Pejchar et al. 2022). 

Obrázek 3:  Izoformy tabákové diacylglycerol kinázy vykazují odlišné lokalizační vzorce v pylových trubicích a vážou se na plazmatickou membránu prostřednictvím fosfoinositidů. Vlevo fylogeneze izoforem diacylglycerol kinázy (DGK) Arabidopsis a Nicotiana tabacum a jejich rozdělení do tří kladů. Vpravo rozložení domén a lokalizace NtDGK1-8 značené YFP v aktivně rostoucích pylových láčkách. Dolní panel znázorňuje simulace molekulární dynamiky ukazující mechanistické detaily interakce NtDGK5 s membránou. Měřítko 10 μm. Převzato z (Scholz, Pejchar et al. 2022).

          Protože membránové lipidy jsou důležitými hráči v reakcích rostlin na různé stresy, zkoumali jsme zapojení lipidové signalizace do vnímání signalizace flagelinu, jednoho ze základním kamenů rostlinné imunity vyvolané takzavnými molekulárními vzory (MAMPs). Ve spolupráci s Laboratoří patologické fyziologie rostlin a skupinou Erica Ruellanda (CNRS, Compiègne, Francie) jsme zjistili, že peptid flg22 odvozený od flagelinu způsobuje u rostlin Arabidopsis rychlé a přechodné změny v dynamice lipidů. Jako gen odpovědný za tyto změny jsme identifikovali diacylglycerol kinázu 5 (DGK5), enzym produkující kyselinu fosfatidovou. Mutantní rostliny dgk5.1 s porušenou funkcí DGK5 produkovaly v reakci na flg22 méně kyseliny fosfatidové a vykazovaly zhoršenou odolnost. Enzymatická aktivita DGK5 lokalizovaného v plazmatické membráně je tedy zásadní pro signalizaci flagellinu a časné imunitní odpovědi při interakcích mezi rostlinami a mikroby (Kalachova, Škrabálková et al., 2022).

Obrázek 4: Ukázky titulních stran odborných časiopisů publikovaných v letech 2021-2203, které upozorňují na výsledky naší práce (Batystová et al. 2022, Synek et al. 2021, Markovic et al. 2020).