V ZOFFi

• kako so žabe preskočile Atlantik,

• znanstvena ekipa preučila protein TKUL s ključno vlog pri okužbi z lišmaniozo.
   

Žabe izhajajo iz Južne Amerike in so v zadnjih 60 milijonih let naselile skoraj vse kotičke zemlje. Zbrani podatki nakazujejo, da se žabe niso selile iz Južne Amerike prek severnoameriškega zemeljskega mostu, temveč direktno v Afriko. Dokaze za teorijo selitev je raziskovalna skupina nedavno objavila v Proceedings of the Royal Society B.

Evolucijsko drevo trenutnih žab nakazuje na skupnega prednika žab, živečega 60,7 milijona let nazaj. Žabe so od takrat osvojile celoten svet z izjemo Antarktike. Predhodno sta bili opisani dve možni poti selitve žab – transatlantska in severnoameriška. Potek širjenja življenjskih prostorov je raziskovalna skupina odkrivala z analizo filogenije žab. Raziskovalna skupina je potrdila, da je najverjetnejša pot transatlantska. Žabe so iz Južne Amerike v Afriko pripotovale pred 29 milijoni let. Od tu naprej so pred 26 milijoni let prešle do Bližnjega vzhoda in nato naprej po Evraziji. Selitev žab v ostale predele Amerik se je zgodila v dveh ločenih primerih. Pred 31 milijoni let so žabe prispele iz Južne v Severno Ameriko, 4 milijone let kasneje pa še iz Južne v Centralno Ameriko. 

Pot žab je raziskovalna skupina določila s postavitvijo filogenetskega drevesa. Filogenetska analiza nam poda podobnost med različnimi organizmi – na primer krompir je bolj soroden s paradižnikom kot z rižem, največja podobnost pa je med različnimi kultivarji krompirja. Za razvoj filogenetskega drevesa žab je dostopala do objavljenih genetskih baz žab s celotnega sveta. Dodatno je sekvencirala ključne predele genoma različnih vrst žab, da bi zapolnila geografske vrzeli dosedanjega vzorčenja. Skupno je zbrala odseke genetskih sekvenc 124 vrst žab s 6 celin, to je dobrih 70 odstotkov trenutno živečih vrst. Glede na razlike v sekvencah je izvedla filogenetsko analizo, ki določa najbolj verjetno filogenetsko drevo.

Filogenetska analiza nam poda le relativne oddaljenosti med organizmi. Da bi raziskovalna skupina določila absolutna časovna obdobja ločitve vej filogenetskega drevesa, je uporabila fosilni ostanek kosti žabe, katerih starost poznamo. Genetsko sekvenco ohranjene žabe, živeče 60 milijonov let nazaj, so primerjali z genetsko sekvenco trenutnih žab. Sestavljeno filogenetsko drevo so nato primerjali z 10 različnimi možnostmi selitev žab po svetu. Kot najbolj verjeten se je izkazal transatlantski model z ločeno preselitvijo v severno in centralno Ameriko. Transatlantska selitev se tudi sklada z množičnim izumiranjem vrst med Eocenom in Oligocenom, ko so se odprle številne ekološke niše, ki so jih lahko zasedle žabe.

Premik žab čez Atlantik se zdi nemogoč, saj žabe slana voda ugonobi. Prehod se je zgodil pred 29 milijoni leti v obdobju Oligocena, ko sta bili Južna Amerika in Afrika bližje. Znanstvena skupina predvideva, da je bila pot mogoča na dva načina. Prva opcija je enkratni dolgi nadvodni prenos, kot je na primer poznan prenos živali v tornadih. Druga opcija je postopen prehod prek subtropske Antarktike. Da je bila Antarktika takrat subtropska pričajo rastlinski fosilni ostanki najdeni na najužnejšem kontinentu. Žabe so nato prešle krajšo razdaljo z Antarktike do Afrike.

Poleg genetskih zaporedij je raziskovalna skupina vzporedno primerjala pomen morfologije različnih vrst žab. Primerjali so pomen velikosti telesa, habitat odraslih žab in razvojne procese, vključno z razvojem pomembnih organov. Za uspešno naselitev v novem okolju so žabe razvile obrambne mehanizme. Ključnega pomena za razširitev vrst žab je razvoj obušesne žleze slinavke, ki jo žabe uporabljajo za tvorbo strupov. Razvoj specifičnih strupov proti lokalno pomembnim predatorjem je žabam omogočal preboj v večino okolij. 

V Sloveniji trenutno živi 13 vrst žab. Kljub visoki sposobnosti osvajanja različnih celin so pri nas ogrožene zaradi prehitrega spreminjanja naravnih habitatov. Mogoče pa bi moralo več vrst žab v obušesnih žlezah razviti še repelent proti ljudem?

S segrevanjem ozračja, potovanji in migracijami se lišmanioza iz tropov širi v zmernejša podnebja Evrope in Severne Amerike, s tem pa narašča tudi zanimanje za preučevanje te bolezni in povzročiteljskega parazita. Nemška raziskovalna skupina je preučila doslej neraziskan protein TKUL parazita Leishmania mexicana s ključno vlogo pri okužbi z lišmaniozo. Izsledke raziskave so v začetku oktobra objavili v reviji Molecular Cell. 

Lišmanioza spada med zapostavljene tropske bolezni. Najpogosteje se pojavljata kožna in visceralna oblika, pri slednji so prizadeti notranji organi. Lišmaniozo povzročajo paraziti iz rodu lišmanij, na človeka pa se prenašajo z ugrizom okuženih peščenih muh. Lišmanije prehajajo med dvema razvojnima stadijema – običkano zunajcelično obliko, ki je prisotna v prebavnem traktu peščenih muh, in znotrajcelično obliko. Znotrajcelična oblika je prilagojena na preživetje v kislih organelih – fagolizosomih – ki se tvorijo znotraj makrofagov, udeleženih v imunskem odzivu pri sesalcih. Prilagoditve na raznolike neugodne pogoje, med drugim na kisli pH znotraj fagolizosoma in temperaturne spremembe, terjajo od parazita strategije preživetja v vsakem stadiju razvoja. Pomembni so denimo proteini toplotnega šoka, ki organizirajo pravilno zvijanje proteinov, njihov transport po celici in razgradnjo. Pri razgradnji imajo pomembno vlogo tudi ubikvitin-ligaze, ki z majhnim proteinom ubikvitinom označijo nepotrebne oziroma okvarjene proteine. Tako označeni proteini se v celici razvrstijo v proteasomski kompleks, kjer poteka njihova razgradnja. 

Preiskovani protein TKUL je sestavljen iz 2 domen z običajno nepovezanima encimskima aktivnostima. Poleg ubikvitin-ligazne domene, ki označuje proteine za razgradnjo v proteasomu, vsebuje še kinazno domeno. Kinaze so ključne za proces fosforilacije. Gre za prenos fosfatnih skupin, ki v celičnem signaliziranju deluje kot stikalo v signalnih poteh. Pogosto vpliva na prehod proteinov v aktivno ali neaktivno stanje, tako pa uravnava razne celične procese. Nujnost proteina TKUL za preživetje parazitov znotraj sesalskih makrofagov so odkrili z izbitjem gena, ki zapisuje za obe domeni. S pomočjo komplementacijskih študij pa so pokazali, da je za preživetje parazita nujna prisotnost obeh domen. 

Tesna prostorska povezanost domen proteina TKUL in njegova ključna vloga pri preživetju parazitov sta raziskovalno skupino napeljali na vprašanje o medsebojni povezanosti domen. Ugotovili so, da kinazna domena kot nekakšno stikalo aktivira ubikvitin-ligazno domeno. Vendar pa, v nasprotju s pričakovanji, aktivacija slednje ne poteka preko fosforilacije njene katalitične domene, temveč preko avtofosforilacije aktivacijske zanke kinazne domene. Konformacijska sprememba se nato s kinazne prenese do ubikvitin-ligazne domene, ki ob tem preide v aktivno konformacijo. Aktivirana ubivitin-ligazna domena pa je skupaj s proteini toplotnega šoka ključna za razgradnjo proteinov znotraj parazitov. Če povzamemo, za delovanje parazita je pomembno brezhibno delovanje obeh domen. 

Novoodkrit mehanizem regulacije ubikvitin-ligazne domene proteina TKUL s kinazno pomeni, da lahko s ciljanjem ene izmed obeh domen onesposobimo celoten protein, s tem pa tudi parazita. Hipotezo so preizkusili v sklopu raziskave. Uporaba staurosporina — nespecifičnega inhibitorja kinaz – je zavrla tudi ubikvitin-ligazno aktivnost proteina. Odkritje ponuja obetavno terapevtsko tarčo, saj kinaze predstavljajo eno boljših tarč za malomolekulske inhibitorje. Medtem se je ubikvitin-ligazna domena kljub definirani katalitični špranji v dosedanjih raziskavah izkazala za slabo tarčo. Za uspešno spopadanje z lišmaniozo pa so novi pristopi zdravljenja še kako potrebni. Zdravila v uporabi imajo številne pomanjkljivosti, vse od hudih neželenih učinkov, do razvoja odpornosti. Za kožno in visceralno obliko lišmanioze letno zboli skupno približno 2 milijona ljudi. Pri tem je smrtnost visceralne lišmanioze, sicer manj pogoste od obeh, v odsotnosti zdravljenja več kot 95 odstotna.

Rega rega - Sergej. Bzzzz - Gaja.