Laboratoř výzkumu telomer
Buněčné procesy, jako je neúplná replikace DNA nebo oxidační poškození, vedou k postupným ztrátám (zkracování) chromozomálních konců a následnému zastavení buněčného cyklu. Pro kompenzaci těchto ztrát jsou nezbytné nukleoproteinové struktury na koncích chromozomů, tzv. telomery. Nejběžnějším mechanismem, jak telomery kompenzují zkracování chromozomálních konců, je aktivita telomerázy, což je enzym, který přisedá ke koncům chromozómů a přidává zde nové telomerické sekvence DNA. Aktivita telomerázy je přísně regulována. U lidí je telomeráza nejaktivnější během embryogeneze, ale později je utlumena a je přítomna jen v některých buněčných typech, jako jsou kmenové nebo zárodečné buňky, endoteliální buňky nebo periferní lymfocyty. Pokud je aktivita telomerázy v somatických buňkách nedostatečná, může to vést k omezené regenerační kapacitě daného organismu, vzniku některých onemocnění, které souvisí s věkem, a nadměrnému stárnutí.
Náš výzkum je zaměřen na roli telomerázy v regulaci stárnutí sociálního hmyzu. Je známo, že společenský život hraje významnou roli v regulaci délky života prostřednictvím svých účinků na neuroendokrinní a antioxidační systémy. Eusociální hmyz se používá jako skvělý modelový systém pro výzkum stárnutí. Za prvé, eusociální druhy hmyzu vykazují velkou plasticitu v regulaci délky života v závislosti na sociálních kontextech, jako je populační hustota nebo věkové rozložení v kolonii. Zadruhé, vykazují mimořádné rozdíly v délce života, které souvisí s kastovní diferenciací, a které jsou v rozporu s běžně pozorovaným kompromisním vztahem mezí plodností a délkou života. Předpokládá se, že negativní korelace mezi délkou života a mírou/kapacitou reprodukce je jedním ze základních kompromisů při konkurenčním přerozdělování omezených životních zdrojů. Reprodukční jedinci eusociálních druhů, známí jako králové a královny, jsou ovšem spjati s až stonásobným prodloužením délky života ve srovnání s dělníky nebo vojáky vlastního druhu nebo jedinci solitérního hmyzu.
Řešené výzkumné projekty
Role telomerázy u eusociálních hmyzích druhů
Pomocí švába Periplaneta americana (zástupce soliterního hemimetabolního hmyzu) a dělnic včel (Apis mellifera, zástupce eusociálního holometabolního hmyzu) jsme ukázali, že vývoj a stárnutí hmyzu jsou spojeny s poklesem aktivity telomerázy (Chromosome Research (2014) 22: 455-503; Korandova and Frydrychová (2016) Chromosoma 125: 405-411). Naproti tomu jsme ale také objevili, že aktivita telomerázy je silně zvýšená v somatických tkáních včelích královen a reprodukčních jedinců termitů. To nás vede k předpokladu, že proces kastovní diferenciace a prodloužení délky života králů a královen eusociálních hmyzích druhů jsou spjaty s odlišně regulovanou telomerázovou aktivitou (Korandova a Frydrychová (2016); v tisku).
Bombus terrestris (Hymenoptera: Bombini) je druh blanokřídlého druhu s primitivní společenskou organizací. Ve srovnání s pokročilým sociálním hmyzem, jako je A. mellifera, má několik odlišných rysů: (1) kolonie B. terrestris jsou pouze sezonní a mají menší velikost populace než populace vyspělejšího eusociálního hmyzu, (2) po relativně dlouhé diapauze procházejí královny nejprve solitérní a poté sociální fází života, (3) svou morfologií se královny čmeláků od svých dělnic liší jen mírně. V naší studii jsme vyhodnocovali telomerázovou aktivitu u čmeláka, a to s cílem zjistit, zda čmeláci, navzdory své primitivní sociální organizaci, má stejný vzor aktivity telomerázy, jaký jsme pozorovali u A. mellifera. Mezi testovanými somatickými tkáněmi B. terrestris byla aktivita telomerázy zjištěna ovšem pouze v tukových tělesech mladých, před-diapauzních královen a tato aktivita byla spojena se zvýšenou syntézou DNA. To nás vede k předpokladu, že upregulace aktivity telomerázy a syntéza DNA u královen jsou nezbytné pro rychlé zesílení metabolické aktivity v tukovém tělese k vytvoření dostatečné energetické rezervy před diapauzou. Naše data podporují hypotézu, že rozdíly v délce života mezi dělnicemi B. terrestris a královnami jednoduše souvisejí s dlouhým obdobím diapauzy a na základě těchto pozorování předpokládáme, že mezi eusociálními a primitivně sociálními hmyzími druhy se mechanismy regulace stárnutí liší (Koubová et al. (2019) IBMB 115: 103241).
V současné době studujeme u eusociálního hmyzu roli telomerázy detailněji.
Sezónní vlivy na aktivitu telomerázy a proces stárnutí u včely medonosné
U včel je rychlost stárnutí modulována sociálními interakcemi a roční sezonou. Dělnic.jpg)
e zimní generace, které se líhnou na konci léta, mají prodlouženou délku života na 6-8 měsíců, a to jako adaptaci na překlenutí chladného období, kdy jsou zdroje pro růst a reprodukci kolonie omezené. Naproti tomu letní včely žijí jen několik týdnů. Abychom lépe porozuměli rozdílům v délce života mezi letními a zimními včelami, studovali jsme tuková tělesa dělnic a identifikovali několik parametrů, které kolísají v závislosti na ročním období. Zjistili jsme, že aktivita telomerázy, replikace DNA, tělesná hmotnost tuku a hladiny vitellogeninu se s postupujícím zimním obdobím postupně navyšují. Naše studie ukázala, že ačkoliv se tuková tělesa zimních včel výrazně liší od tukových těles letních včel, tyto rozdíly nejsou a priori nastaveny, když se tyto včely líhnou na konci léta nebo na začátku podzimu, ale místo toho se postupně vyvíjejí v průběhu sezóny v závislosti na faktorech prostředí (Koubová et al. (2021) Scientific Reports 11: 1-11). V současné době studujeme vliv různých environmentálních faktorů na aktivitu telomerázy a stárnutí včel.
