Ed Schmidt, profesor w Katedrze Mikrobiologii i Immunologii w MSU College of Agriculture and Letters and Science, pracował z zespołami badawczymi z Węgier, Szwecji i Japonii nad projektem, opublikowanym na początku tego miesiąca w czasopiśmie Science Advances. Mechanizm ten, jak powiedział Schmidt, jest wcześniej nieznanym narzędziem, którego komórki mogą używać do ochrony swoich białek przed nieodwracalnym uszkodzeniem przez procesy komórkowe zwane reakcjami redoks, które są powszechne i konieczne, ale które w nadmiarze mogą powodować rozległe uszkodzenia.
„reakcje redoks to każda reakcja, w której przenosisz elektrony z jednej cząsteczki do drugiej”, powiedział Schmidt. „Prawie wszystko, co dzieje się w naszych komórkach, chemicznie i energetycznie, wiąże się z transferem elektronów. Ale ważne jest, aby zachować równowagę. Nasze komórki inwestują ogromną ilość wysiłku i maszyn w utrzymanie właściwej równowagi redoks.”
odkrycie dokonane przez zespół Schmidta skupia się na atomach siarki jako części cząsteczek białka wewnątrz komórek. Kiedy komórki są narażone na zewnętrzne czynniki stresogenne — od tego, co ludzie jedzą, chemikaliów, na które komórki są narażone lub z wielu innych źródeł — stres oksydacyjny może uszkodzić części białek. Wcześniej uważano, że komórki nie mają sposobu na odwrócenie tego utleniania, zamiast tego polegają na wytwarzaniu nowych białek w celu zastąpienia uszkodzonych. Jednak, jak powiedział Schmidt, wydaje się, że nasze komórki są czasami w stanie chronić się, dodając dodatkowy atom siarki do istniejących siarki w niektórych cząsteczkach białka. Następnie, gdy komórka jest narażona na stres, tylko ta dodatkowa siarka jest uszkodzona i może być odszczepiona przez komórkę, pozostawiając całe i nieuszkodzone białko.
„podejrzewamy, że po rozpoczęciu ekspozycji jest już za późno, aby komórka to zrobiła” – powiedział Schmidt. „Uważamy, że komórki mają podzbiór białek już w tym stanie z dodatkowymi atomami siarki, co czyni je prawdopodobnie nieaktywnymi, ale jakby rezerwowymi. Białka te w rezerwie ulegają uszkodzeniu, ale można je naprawić i umożliwić komórce rozpoczęcie regeneracji w celu wytworzenia nowych białek.”
Ekstremalne uszkodzenia oksydacyjne mogą powodować mutacje DNA, powiedział Schmidt. Gdy mutacje te kumulują się, istnieją pewne dowody wskazujące na zwiększone ryzyko nowotworów, chorób zapalnych i chorób, takich jak choroba Parkinsona, choroba Alzheimera i cukrzyca. To nowe odkrycie może przyczynić się do przyszłych postępów w medycynie, pomagając przewidzieć, a nawet złagodzić te problemy zdrowotne, jeśli ludzkie komórki mogą efektywniej wykorzystać ten mechanizm, powiedział Schmidt, dodając, że istnieją nawet potencjalne zastosowania dla procedur medycznych, takich jak przeszczepy narządów.
„podczas przeszczepów narząd przechodzi okres, w którym nie ma tlenu ani przepływu krwi, ale po przeszczepieniu dostaje przypływ natlenionej krwi, która powoduje wybuch stresu oksydacyjnego”, powiedział Schmidt. „Teraz, gdy zaczynamy rozumieć te mechanizmy, być może możemy zrobić coś bardziej wyrafinowanego, aby umożliwić komórkom w przeszczepionym narządzie przygotowanie się i ochronę.”
zespół badawczy Schmidta, który jest również częścią Montana Agricultural Experiment Station, współpracował z czterema innymi zespołami, które wniosły wiedzę z zakresu biologicznej chemii siarki, biologii redoks, biologii komórki i sygnalizacji komórkowej z całego świata. Kolejne kroki w tych badaniach, powiedział Schmidt, obejmują dokładne zbadanie, w jaki sposób komórki udaje się dodać te dodatkowe cząsteczki siarki i jak proces ten jest regulowany.
„jest możliwe, że dzięki lepszemu zrozumieniu tego systemu możemy poczynić postępy” – powiedział Schmidt. „Zrozumienie niektórych z tych mechanizmów pozwala nam wymyślać nowe pomysły.”
