Vědci objevili, proč se člověk vyvíjí pomaleji než myš: za vším je rychlost degradace proteinů

Vědecký tým z Ebisuya Group, který působí na EMBL Barcelona a PoL-TU Dresden, ve spolupráci se Savitski Team z EMBL Heidelberg zveřejnil výsledky studie, jež se zabývá jedním ze zásadních biologických rozdílů mezi člověkem a myší – rychlostí, jakou probíhá jejich embryonální a buněčný vývoj. Je dlouhodobě známo, že lidský organismus se vyvíjí podstatně pomaleji než jiné savčí druhy, včetně myší, avšak přesná příčina tohoto jevu na molekulární úrovni zůstávala nejasná.

Výzkumníci se proto zaměřili na to, co se odehrává uvnitř buněk na úrovni proteinů, tedy stavebních a funkčních molekul, které řídí většinu biologických procesů. V rámci studie analyzovali celkem 4 000 proteinů, které mají lidé a myši společné, a porovnávali, jak rychle tyto proteiny v buňkách obou druhů vznikají a jak rychle jsou následně odbourávány.

Klíčovým zjištěním je, že degradace proteinů probíhá u lidí výrazně pomaleji než u myší. Jinými slovy, proteiny v lidských buňkách zůstávají funkční a přítomné déle, než je tomu u myších buněk, kde se stejné proteiny rozkládají rychleji. Tento rozdíl v rychlosti odbourávání proteinů podle vědců přímo souvisí s celkovým tempem biologických procesů v organismu, včetně rychlosti buněčného dělení, diferenciace tkání a celkového vývoje jedince.

Zpomalená degradace proteinů u lidí tak může být jedním z klíčových mechanismů, které vysvětlují, proč lidský vývoj – od embryonálního stadia až po dospělost – trvá mnohem déle než u myší, přestože obě skupiny živočichů sdílí velkou část stejné genetické výbavy a mnoho analogických proteinů plní v jejich buňkách podobné funkce.

Studie tak přináší nový pohled na to, jak rychlost buněčných procesů ovlivňuje tempo vývoje celého organismu. Zatímco dřívější výzkumy se často soustředily především na rozdíly v genetické expresi nebo v délce buněčného cyklu, tento přístup ukazuje, že významnou roli hraje i to, jak dlouho proteiny v buňkách „přežívají“, než jsou rozloženy a nahrazeny novými.

Vědci z Ebisuya Group se dlouhodobě věnují otázkám souvisejícím s biologickým časováním a tempem vývoje u různých druhů, přičemž využívají moderní laboratorní metody, včetně buněčných kultur a organoidů, které umožňují sledovat vývojové procesy mimo živý organismus za kontrolovaných podmínek. Spolupráce s týmem Savitski na EMBL Heidelberg, který se specializuje na proteomiku, tedy komplexní analýzu proteinů v buňkách, umožnila detailně zmapovat, jak rychle se jednotlivé proteiny u obou druhů tvoří a rozkládají.

Výsledky tohoto výzkumu mohou mít širší význam nejen pro základní biologický výzkum, ale potenciálně i pro obory jako je vývojová biologie, medicína zaměřená na stárnutí nebo výzkum regenerativních procesů. Pochopení toho, proč se lidský organismus vyvíjí pomaleji, může totiž přispět k lepšímu porozumění tomu, jak fungují procesy růstu a obnovy tkání i v dospělém věku, kdy se buňky neustále obnovují a proteiny se v nich průběžně tvoří a odbourávají.

Autoři studie zdůrazňují, že jde o důležitý krok směrem k pochopení evolučních rozdílů mezi druhy na molekulární úrovni, a zároveň připomínají, že další výzkum by se měl zaměřit na to, jaké konkrétní mechanismy stojí za rozdílnou rychlostí degradace proteinů u lidí a myší. Otázkou zůstává, zda jde o rozdíly v enzymech zodpovědných za rozklad proteinů, v buněčných strukturách, které tento proces řídí, nebo v kombinaci více faktorů současně.

Spojení expertízy institucí EMBL Barcelona, PoL-TU Dresden a EMBL Heidelberg v rámci tohoto projektu ukazuje, jak mezinárodní spolupráce mezi špičkovými evropskými výzkumnými pracovišti může přinést nové poznatky v oblasti základního biologického výzkumu, které mají potenciál ovlivnit i budoucí směřování medicínského a vývojového bádání.