Ed Schmidt, professor vid Institutionen för mikrobiologi och immunologi vid MSU: s högskolor för jordbruk och brev och vetenskap, arbetade med forskargrupper från Ungern, Sverige och Japan om projektet, som publicerades tidigare denna månad i tidskriften Science Advances. Mekanismen, sade Schmidt, är ett tidigare okänt verktyg som celler kan använda för att skydda sina proteiner från att irreversibelt skadas av cellulära processer som kallas redoxreaktioner, vilka är vanliga och nödvändiga men som i överskott kan orsaka omfattande skador.
”redoxreaktioner är någon reaktion där du flyttar elektroner från en molekyl till en annan”, säger Schmidt. ”Nästan allt som händer i våra celler, kemiskt och energiskt, innebär överföring av elektroner. Men det är viktigt att dessa hålls i balans. Våra celler investerar en enorm mängd ansträngningar och maskiner för att upprätthålla rätt redoxbalans.”upptäckten gjord av Schmidts team fokuserar på svavelatomer som en del av proteinmolekyler inuti celler. När celler utsätts för yttre stressorer – från saker som människor äter, kemikalier cellerna utsätts för eller ett antal andra källor-att oxidativ stress kan skada delar av proteinerna. Man trodde tidigare att celler inte hade något sätt att vända den oxidationen, istället förlita sig på att göra nya proteiner för att ersätta de skadade. Men, säger Schmidt, det verkar som om våra celler ibland kan skydda sig genom att lägga till en extra svavelatom på befintliga sulfurer i vissa proteinmolekyler. Sedan när cellen utsätts för stress skadas bara den extra svavel och kan sedan klyvas av cellen och lämnar ett helt och oskadat protein.
”vi misstänker att när exponeringen börjar är det för sent för cellen att göra detta”, säger Schmidt. ”Vi tror att celler har en delmängd proteiner som redan är i detta tillstånd med extra svavelatomer, vilket gör dem förmodligen inaktiva, men typ av reserv. Dessa proteiner på reserven skadas men kan repareras och låta cellen börja återhämta sig för att göra nya proteiner.”
Extrem oxidativ skada kan orsaka DNA-mutationer, säger Schmidt. När dessa mutationer ackumuleras finns det vissa bevis som pekar på en ökad risk för cancer, inflammatoriska sjukdomar och sjukdomar som Parkinsons sjukdom, Alzheimers sjukdom och diabetes. Denna nya upptäckt kan hjälpa till att leda till framtida framsteg inom medicin genom att hjälpa till att förutsäga eller till och med mildra dessa hälsoproblem, om mänskliga celler kan utnyttja denna mekanism mer effektivt, sade Schmidt och tillade att det även finns potentiella tillämpningar för medicinska förfaranden som organtransplantationer.
”under transplantationer går organet genom en period där det inte har något syre eller blodflöde, men när det väl har transplanterats får det en rusning av syresatt blod som orsakar en explosion av oxidativ stress”, säger Schmidt. ”Nu när vi börjar förstå dessa mekanismer kan vi kanske göra något mer sofistikerat för att låta cellerna i ett transplanterat organ förbereda och skydda sig själva.”Schmidts forskargrupp, som också är en del av Montana Agricultural Experiment Station, arbetade med fyra andra team som förde expertis inom biologisk svavelkemi, redoxbiologi, cellbiologi och cellsignalering från hela världen. Nästa steg i denna forskning, sade Schmidt, inkluderar att undersöka exakt hur celler lyckas lägga till de extra svavelmolekylerna och hur den processen regleras.
”det är möjligt att genom att förstå detta system mer kan vi göra framsteg”, säger Schmidt. ”Att förstå några av dessa mekanismer gör att vi kan komma med nya tankar.”
