Исследователь в области биотехнологии из Университета штата Монтана был частью международной группы, которая недавно обнаружила внутренний механизм, который может защитить клетки человека от окислительного повреждения. Открытие может привести к прогрессу в понимании многих проблем, связанных со старением и некоторыми хроническими заболеваниями.
Эд Шмидт, профессор кафедры микробиологии и иммунологии колледжей сельского хозяйства и литературы и науки МГУ, работал с исследовательскими группами из Венгрии, Швеции и Японии над проектом, опубликованным ранее в этом месяце в журнале Science Advances.. Этот механизм, по словам Шмидта, представляет собой ранее неизвестный инструмент, который клетки могут использовать для защиты своих белков от необратимого повреждения клеточными процессами, называемыми окислительно-восстановительными реакциями, которые являются обычными и необходимыми, но которые в избытке могут вызвать обширные повреждения.
«Окислительно-восстановительные реакции - это любые реакции, в которых вы перемещаете электроны из одной молекулы в другую», - сказал Шмидт. «Почти все, что происходит в наших клетках, в химическом и энергетическом отношении, связано с передачей электронов. Но очень важно, чтобы они сохранялись в равновесии. Наши клетки вкладывают огромные усилия и оборудование для поддержания правильного окислительно-восстановительного баланса».
Открытие, сделанное командой Шмидта, касается атомов серы как части белковых молекул внутри клеток. Когда клетки подвергаются воздействию внешних факторов стресса - продуктов, которые люди едят, химических веществ, которым подвергаются клетки, или любых других источников - этот окислительный стресс может повредить части белков. Ранее считалось, что у клеток не было возможности обратить вспять это окисление, вместо этого они полагались на создание новых белков для замены поврежденных. Однако, по словам Шмидта, наши клетки иногда способны защитить себя, добавляя дополнительный атом серы к существующим серам в определенных белковых молекулах. Затем, когда клетка подвергается стрессу, повреждается только эта лишняя сера, которая затем может быть отщеплена клеткой, оставляя после себя целый и неповрежденный белок.
«Мы подозреваем, что когда начинается воздействие, клетке уже слишком поздно это делать», - сказал Шмидт. «Мы думаем, что в клетках есть подмножество белков, уже находящихся в этом состоянии с дополнительными атомами серы, что делает их, вероятно, неактивными, но как бы в резерве. Эти резервные белки повреждаются, но могут быть восстановлены и позволяют клетке начать восстановление, чтобы сделать новые белки."
Чрезвычайное окислительное повреждение может вызвать мутации ДНК, сказал Шмидт. Когда эти мутации накапливаются, есть некоторые доказательства, указывающие на повышенный риск развития рака, воспалительных заболеваний и болезней, таких как болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера и диабет. Это новое открытие может привести к будущим успехам в медицине, помогая предсказать или даже смягчить эти проблемы со здоровьем, если человеческие клетки смогут более эффективно использовать этот механизм, сказал Шмидт, добавив, что есть даже потенциальные применения для медицинских процедур, таких как трансплантация органов.
«Во время трансплантации орган проходит период, когда в нем нет кислорода или кровотока, но после трансплантации он получает прилив насыщенной кислородом крови, что вызывает всплеск окислительного стресса», - сказал Шмидт. «Теперь, когда мы начинаем понимать эти механизмы, возможно, мы сможем сделать что-то более сложное, чтобы позволить клеткам трансплантированного органа подготовиться и защитить себя».
Исследовательская группа Шмидта, которая также является частью Сельскохозяйственной экспериментальной станции Монтаны, работала с четырьмя другими командами, которые поделились опытом в области биологической химии серы, окислительно-восстановительной биологии, клеточной биологии и клеточных сигналов со всего мира. Следующие шаги в этом исследовании, по словам Шмидта, включают изучение того, как именно клеткам удается добавлять эти дополнительные молекулы серы и как этот процесс регулируется.
«Возможно, лучше изучив эту систему, мы сможем добиться прогресса», - сказал Шмидт. «Понимание некоторых из этих механизмов позволяет нам придумывать новые идеи».