دانشمندان مسیر ناشناخته ای را در تحویل سوخت سلولی کشف کردند

8 ژانویه 2018- دانشمندان دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس یک مسیر ناشناخته را برای تحویل سوخت سلولی شناسایی کرده اند که می تواند اطلاعات بیشتری در مورد روند پیری و بیماری های مزمنی که اغلب همراه آن است، در اختیار ما قرار دهد.

با بالا رفتن سن، سلول ها به تدریج توانایی خود را برای دریافت و فرآوری سوخت از دست می دهند. سلول هایی که قادر به پرکردن مخزن سوخت خود نیستند، نمی توانند عملکرد مناسبی داشته باشند. محققان علاقه مند به یافتن راه هایی برای افزایش عرضه ی انرژی به سلول های پیرهستند تا بتوانند از تاثیرات مضر ناشی از گذر اجتناب ناپذیر زمان جلوگیری کنند.

عنصر کلیدی در زنجیره ی تامین سوخت در هر سلول، مولکولی بنام نیکوتین آمید آدنین دی نکلوتید(NAD)  است. تحقیق پیشین نشان داد که سطوح NAD در بافت های سراسر بدن با بالا رفتن سن کاهش می یابد. در سلول تولید NAD از یک مولکول پیش ساز به نام نیکوتین آمید مونونوکلئوتید (NMN) آغاز می شود که به طور طبیعی در غذاهایی مانند ادامام(edamame لوبیای سویای سبز در غلاف)، بروکلی، کلم، خیار و آوکادو یافت می شود. اما این که چگونه NMN به سلول ها منتقل می شود تا به NAD تبدیل شود، مدتها بصورت رمز و راز باقی مانده بود.

در یک تحقیق جدید، پرفسور  Shin-iichiro Imai، استاد زیست شناسی تکاملی، پروتئینی را شناسایی کرد که بطور مستقیم NMN را به داخل سلول ها حمل می کند، جایی که می تواند برای تولید سوخت سلولی مورد استفاده قرار گیرد. این پروتئین نه تنها  NMN را به سلول منتقل می کند، بلکه به سرعت این کار را انجام می دهد. این مطالعه در تاریخ 7 ژانویه در مجله ی Nature Metabolism منتشر شده است.

پرفسور Imai و تیمش مدتها به وجود مسیر مستقلی برای ورود NMN به سلول ها مظنون بودند، به این دلیل که آنها سرعت جذب NMN از روده و ورود آن به جریان خون و سپس به بافت ها در سراسر بدن را محاسبه کردند. در موش، این سفر در عرض چند دقیقه اتفاق می افتد. محققان احساس کردند که این مدت زمان، زمانی نیست که در آن واکنش های بیوشیمیایی پیچیده ای اتفاق افتد که NMN را به شکل دیگری تبدیل می کند که توسط سلول ها جذب شوند.

پرفسور Imai گفت: ما حدس زدیم که برای جذب سریع NMN در بافت ها، باید یک ترانسپورتر خاص برایNMN  وجود داشته باشد که  NMNرا به طور مستقیم به سلول ها منتقل می کند.

محققان، به رهبری پرفسور Alessia Grozio، استاد زیست شناسی تکاملی، و نویسنده ی نخست این مقاله، آزمایشات متعددی را بر روی سلول ها و موش ها انجام دادند و در نهایت پروتئینی را شناسایی و تأیید کردند که کلید این معما بود. آنها این پروتئین را Slc12a8نامیدند. محققان همچنین نشان دادند کهSlc12a8  برای انتقال NMN به سلول نیاز به حضور یون های سدیم دارد.

دانشمندان بعد از تحقیقات بیشتر نشان دادند که سلول ها در هنگام کاهش سطحNAD  بیان ژنSlc12a8  را فعال می کنند. هنگامی کهGrozio عمدا سطح NAD را در داخل سلول ها کاهش داد و سپس به سلولها بطور جبرانی NMN داد، تولید NAD در سلول از مقدار مورد انتظار او بیشتر شد. این موضوع نشان می دهد که سلول ها نه تنها به طور غیرمستقیم از دست دادن NAD را قبول نمی کنند؛ بلکه آنها برای تامین سوخت خود با افزایش مقدار حمل و نقل NMN کار می کنند و به این ترتیب ظرفیت خود را برای آوردن مواد اولیه ی مورد نیاز برای تولید NAD به سلول افزایش می دهند. اما سلول های سالخورده زمانی که با کمبود سوخت مواجه می شوند تنها می توانند تا حدی این کار را برای جبران منبع سوخت خود انجام دهند. هنگامی که مقدار NADدرون سلول افت می کند، سلول ها ترانسپورتر NMN بیشتری تولید کرده و مقدار نیکوتین آمید مونونوکلئوتیدیرا که می توانند به داخل سلول بیاورند، افزایش می دهند.

پرفسور Imai و پرفسور Grozio به اهميت اندرکنشNMN و انتقال دهنده ی آن اشاره کردند. به عنوان مثال، صورتی که انتقال دهنده خوب کار نکند، ممکن است مقدار نیکوتین آمید مونونوکلئوتیدی که وارد سلول می شود کافی نباشد. آنها نقش دادن مکمل NMN و بهبود عملکردناقل نیکوتین آمید مونونوکلئوتید(SLc12a8) را در درمان هایی که ممکن است به حفظ سطح انرژی سلولی با افزایش سن کمک کنند، بررسی نمودند.

در واقع کار قبلی در آزمایشگاه پرفسور Imai نشان داد که دادن NMN به موش های مسن اثرات مفیدی را بر متابولیسم در سراسر بدن دارد، از جمله اثرات مثبت در عضلات اسکلتی، عملکرد کبد، تراکم استخوان، عملکرد چشم، حساسیت به انسولین، عملکرد ایمنی، وزن بدن و میزان فعالیت بدنی آنها.

 همچنین محققان دریافتند که مزایای دادن مکمل NMN تنها در موش های مسن دیده می شود. موش های جوان و سالم به احتمال زیاد مشکلی برای تولید مقادیر کافیNAD  ندارند.

پرفسور Imai گفت: آنچه برای یک استراتژی در آینده مهم است، ترکیبی از دادن NMN همراه با تحریک انتقال دهنده ی  NMNدر سلول است. با پیری، ما شاهد تنگنایی در تولید NAD هستیم، بدن توانایی خود را برای تولید NAD در طول زمان از دست می دهد. در عین حال، به نظر میرسد که سوزاندن NAD بیشتری به دلیل التهاب مزمن در بدن شروع می شود. اگر ما بتوانیم NMN را بصورت مکمل به این افراد بدهیم و به انتقال آن به درون سلول ها کمک کنیم، ممکن است راهی برای دور زدن این تنگنا بیابیم.

بر این اساس، محققان آزمایشگاه پرفسورImai در حال حاضر مولکول های کوچکی را شناسایی کرده اند که باعث افزایش کارکرد حمل کننده ی NMN می شود. مجوز این فناوری متعلق به یک شرکت ژاپنی به نامTeijin Limited است که در حال کار بر روی درمان های جدید برای مقابله با بیماری های مزمن مرتبط با پیری است. همچنین یک آزمایش بالینی در دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن در مورد اثراتNMN  در بزرگسالان سالمند در حال انجام است.

منبع:

https://medicine.wustl.edu/news/scientists-identify-new-fuel-delivery-route-for-cells/