Buněčná kontrola kvality a systém ubiquitin-proteazomu
Udržování stabilního vnitřního prostředí buněk, známého jako proteostáza, je klíčové pro jejich správnou funkci a přežití. Jedním z hlavních mechanismů, které se na tomto procesu podílejí, je systém ubiquitin-proteazomu (UPS) a autofagie. UPS funguje tak, že označuje poškozené nebo nepotřebné proteiny molekulou ubiquitinu, což je signál pro jejich následný rozklad proteazomem na základní stavební kameny pro novou syntézu proteinů.
V tomto složitém procesu hrají důležitou roli enzymy nazývané deubiquitylázy (DUBs). Tyto enzymy odstraňují ubiquitin z proteinů, čímž antagonicky k ubiquitin ligázám dynamicky modulují osud proteinů a signální dráhy v buňce. Jejich existence je nezbytná pro řízení toho, které proteiny jsou označeny ubiquitínem a následně degradovány, a které nikoli.
DUBs a proces stárnutí
Existují dosavadní poznatky, které naznačují souvislost mezi deubiquitylázami a procesem stárnutí. Změny v aktivitě DUBs byly spojeny s délkou života u háďátek (nematodes) a dysregulace specifických DUBs u lidí je provázána s několika neurodegenerativními onemocněními, jako je spinocerebelární ataxie a Parkinsonova choroba. Přesto doposud chybělo systematické pochopení toho, jak se funkce DUBs mění ve stárnoucím mozku, jaké mechanismy tyto změny řídí a jaké jsou důsledky změněné aktivity DUBs na molekulární úrovni.
Nová zjištění o vlivu oxidačního stresu
Nedávný výzkum přináší poznatky o tom, jak oxidační stres ovlivňuje aktivitu DUBs ve stárnoucím mozku. Vědci použili aktivitou založenou proteomiku k profilování cysteinových proteáz DUBs ve stárnoucích mozcích myší a halančíků (killifish). Bylo zjištěno, že určitá podskupina DUBs postupně ztrácí katalytickou aktivitu s věkem, ačkoli jejich celkové množství proteinu zůstává stabilní.
Mechanisticky bylo prokázáno, že oxidační stres zhoršuje funkci DUBs prostřednictvím oxidace thiolových skupin. Dále bylo pozorováno, že ošetření antioxidantem N-acetylcystein ethyl ester (NACET) dokázalo obnovit aktivitu těchto enzymů ve stárnoucích mozcích.
Experimenty s lidskými neurony a časová analýza
V rámci studie byly také využity neurony odvozené z indukovaných pluripotentních kmenových buněk člověka. Zde globální inhibice DUBs a cílená inhibice USP7, jednoho z DUBs nejsilněji ovlivněných věkem, částečně replikovala změny v ubikvitylaci pozorované ve stárnoucích mozcích. Časová analýza u myší navíc odhalila, že útlum aktivity DUBs předchází poklesu funkce proteazomu během stárnutí mozku.
Tato zjištění identifikují redox-senzitivní DUBs, které ztrácejí aktivitu s věkem. Naznačují, že narušená deubikvitylace může být časným a potenciálně reverzibilním faktorem vedoucím k poklesu proteostázy ve stárnoucím mozku. Relativní význam tohoto jevu ve srovnání s ostatními problémy způsobenými věkem souvisejícími změnami v buněčné biochemii zůstává předmětem dalšího zkoumání.