یک گروه از محققان بین المللیدر مسیر کشف یک مکانیسم جدید سلولی و استفاده از آن گامهایی را برداشتند

30ژانویه 2020 - یک محقق بیوتکنولوژی در دانشگاه ایالتی مونتانا، بعنوان بخشی از یک تیم بین المللی اخیراً یک مکانیسم داخلی را کشف کرده است که می تواند سلول های انسانی را از آسیب اکسیداتیو محافظت کند. این کشف می تواند منجر به پیشرفت در درک بسیاری از مشکلات مرتبط با پیری و برخی از بیماریهای مزمن شود.

پرفسور اشمیت، استاد گروه میکروبیولوژی و ایمونولوژی دانشکده های کشاورزی و علومMSU ، با همکاری محققانی از کشورهای مجارستان، سوئد و ژاپن بر روی این پروژه تحقیق نموده و نتایج آن را در ژورنال Science Advances منتشر کردند. پرفسور اشمیت گفت: این مکانیسم پیش از این ناشناخته بود، سلول ها می توانند از طریق این مکانیسم از پروتئینهای خود در برابر صدمات غیر قابل برگشت ناشی از فرآیندهای سلولی موسوم به "واكنشهای ردوكس" محافظت كنند، واكنشهای ردوكس رایج و ضروری هستند اما مقادیر زیاد آنها می تواند صدمات گسترده ای به سلولها وارد کند.

پرفسور اشمیت افزود: واکنش ردوکس هر واکنشی است که الکترونها را از یک مولکول به مولکول دیگر منتقل می کند. تقریباً هر آنچه در سلولهای ما جریان می یابد، از نظر شیمیایی و انرژی، شامل انتقال الکترون ها می شود. اما بسیار مهم است که توازن در این واکنشها حفظ شود. سلولهای ما با تلاش و به کمک ابزارهای مختلف، تعادل مناسبی را در واکنشهای ردوکس، ایجاد می کنند.

اکتشافی که توسط تیم پرفسور اشمیت انجام شده است، بر اتم های گوگرد به عنوان بخشی از مولکول های پروتئین در داخل سلول ها متمرکز است. هنگامی که سلول ها در معرض استرس زاهای خارجی قرار می گیرند- از چیزهایی که انسان می خورد، تا مواد شیمیایی که سلول ها در معرض انها قرار می گیرند یا هر منبع دیگری - این استرس اکسیداتیو می تواند به بخشی از پروتئین ها آسیب برساند. پیش از این تصور می شد كه سلول ها راهی برای معكوس كردن این اکسیداسیون ندارند، در عوض به ساخت پروتئین های جدید برای جایگزینی پروتئین های آسیب دیده می پردازند، اما پرفسورSchmidt  می گوید: به نظر می رسد که سلولهای ما گاهی با اضافه کردن یک اتم گوگرد اضافی بر روی گوگردهای موجود در مولکولهای پروتئینی خاص، می توانند از خود محافظت کنند. بدین ترتیب هنگامی که سلول در معرض استرس قرار می گیرد، فقط آن گوگرد اضافی آسیب می بیند و سلول سپس می تواند آن را جدا کند و یک پروتئین کامل و دستنخورده باقی بماند.

پرفسور اشمیت گفت: ما به این موضوع مشکوک هستیم که با شروع قرار گرفتن در معرض انبوهی از عوامل استرس زا، این کار خیلی دیر شده باشد. وی گفت: ما فکر می کنیم که سلول ها دارای زیر مجموعه ای از پروتئین ها هستند که در حال حاضر دارای اتم های گوگرد اضافی می باشند، که احتمالاً غیرفعال هستند، اما به نوعی ذخیره می شوند. این پروتئین های رزرو بر اثر استرس اکسیداتیو تخریب می شوند اما می توانند مجددا تعمیر شوند، این مکانیسم به سلولها اجازه می دهد تا شروع به ریکاوری و ساختن پروتئینهای جدید کنند.

پرفسور اشمیتگفت: آسیب شدید اکسیداتیو می تواند باعث جهش DNA شود. شواهدی وجود دارد که نشان می دهد هنگامی که این جهش ها زیاد می شوند، خطر ابتلا به سرطان ، بیماریهای التهابی و بیماری هایی مانند بیماری پارکینسون ، آلزایمر و دیابت افزایش می یابد. این کشف جدید ممکن است به پیش بینی یا حتی کاهش این مشکلات بهداشتی کمک کند، پرفسور اشمیت با اشاره به اینکه اگر بتوانیم به سلول های انسانی کمک کنیم تا بتوانند از این مکانیسم به طور کارآمدتری استفاده کنند، به پیشرفت های بعدی در پزشکی دست خواهیم یافت. حتی این مکانیسم می تواند کاربردهای بالقوه ای نیز برای پروسیجرهای پزشکی مانند پیوند عضو داشته باشد.

پرفسور اشمیت گفت: در طول پیوند، اندام دوره ای را پشت سر می گذارد که هیچگونه اکسیژن یا جریان خونی به آن نمی رسد، اما پس از پیوند، مقدار زیادی خون مملو از اکسیژن را دریافت می کند که باعث انفجاری از استرس اکسیداتیو در آن می شود. اکنون که ما شروع به درک این مکانیسم ها کرده ایم، شاید بتوانیم کار پیچیده تری انجام دهیم تا سلولهای موجود در اندام پیوند شده، بتوانند از خود محافظت کنند.

تیم تحقیقاتی اشمیت که بخشی از ایستگاه آزمایش کشاورزی مونتانا نیز است، با چهار تیم دیگر که در زمینه ی بیوشیمی گوگرد، زیست شناسی ردوکس، زیست شناسی سلولی و سیگنالینگ سلولی از سراسر جهان تخصص داشتند، در این پروژه همکاری کرد. پرفسور اشمیتگفت: گام های بعدی در این تحقیق، شامل بررسی دقیق چگونگی مدیریت سلولها برای اضافه کردن مولکولهای اضافی گوگرد و چگونگی تنظیم این فرآیند است.

او افزود: ممکن است که با درک بیشتر این سیستم بتوانیم به پیشرفت هایی در تمام بخشهای علوم زیستی و پزشکی دست یابیم، دانستن برخی از این سازوکارها به ما امکان می دهد تا ایده های جدیدی را ارائه دهیم.

منبع:

Doka, E., et al. (2020) Control of protein function through oxidation and reduction of persulfidated states. Science Advances. doi.org/10.1126/sciadv.aax8358.

https://www.news-medical.net/news/20200130/MSU-researcher-makes-strides-in-discovering-new-cellular-mechanism.aspx