Systematická analýza génov zúčastnených v morfogenéze mitochondrií kvasinky Schizosaccharomyces pombe

Morfológia mitochondrií má nezanedbateľný vplyv na fungovanie širokej škály bunkových procesov. Pri poruchách organizácie a morfogenézy mitochondrií dochádza k rôznym typom patologických prejavov, napríklad u ľudí k neuromyopatiám, svalovej dystrofii alebo k albinizmu (1, 2). Najväčšou mierou sa na morfológii mitochondrií podieľajú proteíny zapojené v procesoch fúzie a fragmentácie mitochondriálnych tubulov a proteíny zabezpečujúce architektúru kríst vnútornej mitochondriálnej membrány. Gény kódujúce tieto proteíny sú dobre popísané napr. u kvasinky Saccharomyces cerevisiae, u ktorej bol vykonaný celogenómový skríning delečných kmeňov zameraný na odhalenie molekulárnych princípov kontroly morfológie mitochondrií (3). Na rozdiel od väčšiny eukaryotických organizmov sú bunky S. cerevisiae fakultatívne anaeróbne a petite pozitívne, t.j. tolerujú stratu mitochondriálnej DNA. Nie je preto možné všetky na nich získané poznatky automaticky aplikovať na vyššie eukaryoty. V tomto ohľade je výborným modelovým organizmom petite negatívna kvasinka Schizosaccharomyces pombe. Nedokáže prežívať bez funkčnej respirácie a existujú viaceré indikácie, že regulácia morfogenézy jej mitochondrií môže byť podobná ako v bunkách cicavcov. Manipulácia s ňou je v porovnaní s cicavčími bunkami jednoduchšia a finančne menej náročná, prácu uľahčujú aj dostupné molekulárno-genetické metódy a komerčná zbierka delečných mutantov (BIONEER, http://eng.bioneer.com/products/YeastGenome/Spombe-overview.aspx).

Systematický skríning génov zúčastnených v morfogenéze mitochondrií S. pombe, analogický k skríningu S. cerevisiae, dosiaľ neexistuje. Cieľom práce je preto analyzovať zbierku 3308 mutantov S. pombe s deléciami v neesenciálnych génoch pomocou fluorescenčnej mikroskopie. Kmene sú farbené fluorescenčnou farbičkou farbiacou organely na základe membránového potenciálu, čo umožňuje pozorovať obrys vnútornej mitochondriálnej membrány a celkovú morfológiu mitochondriálnej siete. Testovanie prebieha v dvoch kolách. V prvom kole bolo doteraz analyzovaných 638 kmeňov (19,2 %), do druhého kola testovania boli zaradené kmene, ktoré vykazovali odchýlky od štandardného fenotypu a kmene, ktoré sa nepodarilo zafarbiť. Druhým kolom testovania prešlo zatiaľ 279 kmeňov, z ktorých 259 (92,8 %) vykazovalo štandardnú morfológiu mitochondrií. Zvyšných 20 kmeňov bolo zaradených do príslušných fenotypových kategórií. Čiastkové výsledky potvrdili zmeny v morfológii mitochondrií delečných mutantov v génoch kódujúcich proteíny, ktoré boli identifikované u S. cerevisiae, napr. Tim11p (4). Okrem toho boli identifikované nové potenciálne zaujímavé gény, ktorých funkcia v morfogenéze mitochondrií zatiaľ nebola popísaná. Klasifikácia proteínov podľa vplyvu na morfogenézu S. pombe by mala rozšíriť vedomosti o širokej škále procesov zapojených do tohto mechanizmu, aplikovateľných aj na iné organizmy.

Táto práca bola podporená Grantom UK (UK/527/2014) a grantami APVV-0035-11 a VEGA-1/0311/12.

(1) Jayashankar V., Rafelski S. M. 2014. Integrating mitochondrial organization and dynamics with cellular architecture. Curr. Opin. Cell. Biol. 26, 34-40.
(2) Daniele T. a kol. 2014. Mitochondria and melanosomes establish physical contacts modulated by Mfn2 and involved in organelle biogenesis. Curr. Biol. 24(4), 393-403.
(3) Dimmer K. S. a kol. 2002. Genetic basis of mitochondrial function and morphology in Saccharomyces cerevisiae. Mol. Biol. Cell. 13(3), 847-853.
(4) Velours J. a kol. 2009. Mitochondrial F₁F₀-ATP synthase and organellar internal architecture. Int. J. Biochem. Cell. Biol. 41(10), 1783-1789.