Ученые обнаружили активную белковую сеть, позволяющую красным кровяным клеткам адаптировать метаболизм в условиях нехватки кислорода. Рассмотрим механизм и его практическое значение.
Исследователи из Университета Колорадо Аншутц создали детальную карту скрытой белковой сети, позволяющей красным кровяным клеткам мгновенно реагировать на изменения в уровне кислорода. Работа, опубликованная в журнале Blood, продемонстрировала, что эритроциты гораздо сложнее, чем считалось ранее, и способны адаптировать свой внутренний метаболизм без создания новых белковых молекул.
В ходе исследования ученые выделили 3775 белков в сверхчистых зрелых эритроцитах человека — это число более чем в три раза превышает известное науке количество всего 15 лет назад. Создав карту взаимодействий между ними, команда обнаружила динамичную сеть, способную быстро перестраиваться при снижении кислорода. Ведущий автор работы Анджело Д’Алессандро отметил, что у клеток нет ядра для активации генов, поэтому они адаптируются путем постоянной модификации уже существующих белков.
Ключевым элементом кислородной сети стал белок Band 3, расположенный на поверхности клетки. Ученые выявили его ранее неизвестную связь с ферментом биливердинредуктазой B (BLVRB). При уменьшении уровня кислорода связывание этих двух компонентов значительно усиливается, инициируя цепную реакцию: меняется метаболизм глюкозы, а производство молекулы 2,3-БПГ увеличивается почти в три раза. Именно эта молекула помогает гемоглобину высвобождать кислород в тех местах, где ткани испытывают наибольшую потребность.
Чтобы проверить значение открытого механизма для живого организма, ученые применили модели животных, у которых отсутствовал кислород-чувствительный участок белка Band 3. Эритроциты таких животных не могли адекватно реагировать на гипоксию, что приводило к значительному ухудшению их физической активности. Хотя исследование не касалось непосредственно спортсменов, результаты показывают, что способность эритроцитов быстро менять свой метаболизм имеет важное значение для функционирования организма во время интенсивных нагрузок или на больших высотах.
Интересно, что эволюция пришла к аналогичному решению и в растительном мире. Исследователи выяснили, что фермент BLVRB действует как молекулярный ретранслятор, передавая сигнал от оксида азота к другим клеточным системам. Подобный механизм растения используют для перенаправления углерода на фотосинтез. По словам профессора Д’Алессандро, удивительно видеть, как одна и та же базовая химическая стратегия используется столь разными формами жизни для адаптации к изменениям газового окружения.
Понимание этих механизмов может поспособствовать разработке методов хранения и переливания крови, а также помочь в лечении последствий травм и шока. Чтобы ускорить дальнейшие открытия, команда сделала свою базу данных Deep Red доступной для научного сообщества по всему миру.
Фото: hi-tech.mail.ru