Co přesně je RAK1

RAK1, celým jménem Rosetta NATD-MAPK 1, je fúzní protein. To znamená, že v jedné molekule nese dvě enzymatické domény, které se v jiných organismech vyskytují zvlášť. První je N-acetyltransferáza třídy D (NATD), která připojuje acetylové skupiny na proteiny. Druhá je MAP kináza (MAPK), součást jedné z nejrozšířenějších buněčných signalizačních kaskád. Obě domény si v RAK1 vzájemně regulují aktivitu a vzniká tak jakýsi vnitřní dialog mezi signalizací a chemickou úpravou proteinů.

Identifikovali ho vědci z Univerzity v Kodani a dalších pracovišť v Japonsku, Británii, Rakousku a Německu. Modelovým organismem byl mech Physcomitrium patens, oblíbený laboratorní druh, u kterého lze snadno vyřadit konkrétní geny a sledovat, co se stane.

Mech bez RAK1: živý, ale plochý

A stalo se hodně. Když výzkumníci vyřadili gen pro RAK1, mech přežil, ale jeho trojrozměrný vývoj se výrazně narušil:

• Tvořil méně pupenů, z nichž vyrůstají vzpřímené výhony (gametofory).
• Gametofory, které přece jen vyrostly, byly nižší.
• Část pupenů měla vadný prostorový vývoj, buňky se nedělily správným směrem.

Prakticky šlo o vývojově hendikepovaného mutanta, uvězněného převážně v ploché, dvourozměrné fázi růstu. Multiomické analýzy, tedy souběžné sledování proteinů, jejich fosforylace a acetylace, odhalily rozsah škod. Bez RAK1 bylo hypoacetylováno 1 733 proteinů, tedy téměř pětina celého detekovaného proteomu. Zasaženy byly i metabolické dráhy, které buňka potřebuje k přeprogramování během tvorby pupenů. RAK1 se tak ukázal nejen jako signální molekula, ale i jako metabolický regulátor.

Starý problém, nový mechanismus

Dřívější práce hledaly vysvětlení přechodu z 2D do 3D růstu hlavně na úrovni genů a transkripčních faktorů. Studie z roku 2018 v Current Biology popsala genetické regulátory tohoto přechodu, novější práce z roku 2024 v Cell Reports přidala data z jednobuněčného sekvenování RNA. RAK1 oproti tomu nepřidává další „zapínaný gen“. Ukazuje, že samotný přechod k prostorovému růstu závisí i na posttranslační regulaci, tedy na tom, co se s proteiny děje poté, co jsou vyrobeny. Acetylace, fosforylace, metabolické přenastavení. Jiná vrstva kontroly, která dosud v příběhu o vzniku suchozemských rostlin chyběla.

Právě v tom spočívá hlavní přínos studie. Nejde o objev jediného „magického spínače“, který vyvedl rostliny z vody. Jde o odhalení mechanismu, který ukazuje, jak mohl trojrozměrný růst biologicky fungovat na úrovni buněčné chemie.

Evoluční opatrnost: RAK1 není univerzální klíč

Fylogenetická analýza v samotné studii našla homology RAK1 pouze u dvou blízce příbuzných mechů, Physcomitrium patens a Ceratodon purpureus. Odhadovaný vznik tohoto fúzního proteinu spadá do období mezi 368 a 160 miliony let, tedy výrazně později než samotná kolonizace souše před 470 miliony let.

RAK1 tedy nejspíš nebyl tím proteinem, který úplně první rostliny potřebovaly k výstupu na břeh. Spíš představuje jednu z evolučních inovací, které si konkrétní linie mechů vyvinula pro řízení 3D růstu. Obecný princip, propojení signalizace s acetylací a metabolismem, ale mohl existovat v jiných podobách i u starších linií. To zatím studie nedokazuje, ale ani nevylučuje.

Zajímavý je i detail, který se do hlavních zpráv nevešel: autoři popsali ještě druhý příbuzný protein, RAK2. Jeho vyřazení se jim nepodařilo, což naznačuje, že RAK2 může být nezbytný už v nejranějších fázích buněčné regenerace. Rodina RAK proteinů tak může být širší, než napovídá jediný knockout.

Co to znamená pro širší biologii

Tisková zpráva Univerzity v Kodani rámuje objev velkoryse: bez trojrozměrného růstu by nebyly stromy, květy ani složité ekosystémy souše. To je legitimní dedukce, i když samotná studie testovala jen mech v laboratoři, ne pravěkou krajinu. Praktické využití v zemědělství nebo medicíně je zatím daleko, neboť RAK1 se jeví jako úzce mechově specifický protein. Princip, který odhaluje, ale rezonuje šířeji. Příbuzný lidský enzym NAA40 reguluje acetyl-CoA a lipidovou syntézu a v literatuře se objevuje i v kontextu nádorového růstu. Autoři studie sami navrhují, že NATD enzymy by mohly být cílem MAPK regulace i u jiných mnohobuněčných organismů.

V Česku se tématu terestrializace rostlin věnuje například nová laboratoř při Biologickém centru AV ČR, zatímco bryologií se zabývá Katedra botaniky Přírodovědecké fakulty UK. Čeští vědci se na kodaňské studii nepodíleli, ale obor, do kterého zapadá, tu má silné zázemí.

Článek Nový protein může vysvětlit, jak se rostliny v pravěku naučily přežívat nad hladinou se nejdříve objevil na VědaŽivě.cz.