Harta proteinelor dezvăluie adaptarea rapidă a globulelor roșii la oxigenul scăzut
Globulele roșii reprezintă aproape 83% din toate celulele corpului uman, dar sunt adesea descrise ca simple vehicule pentru hemoglobină. Un nou studiu arată însă că aceste celule sunt mult mai complexe, cu implicații pentru sănătate, exercițiu fizic și fitness.
Cercetătorii au identificat 3.775 de proteine în globulele roșii mature, ultra-purificate — de peste trei ori mai multe decât estimările de acum 15 ani — și au cartografiat mii de interacțiuni fizice dintre ele. Rezultatele dezvăluie o rețea dinamică, care se adaptează rapid când nivelul de oxigen scade.
Descoperirile oferă perspective noi asupra modului în care organismul răspunde la oxigenul scăzut în timpul expunerii la altitudini mari și al efortului fizic intens, precum și în hipoxia patologică, inclusiv pierderea severă a aportului de oxigen care poate apărea după traumatisme și șoc hemoragic.
„Globulele roșii sunt mult mai sofisticate decât se credea anterior”, a declarat autorul principal al studiului, Angelo D’Alessandro, profesor de biochimie și genetică moleculară. „Nu au nucleu și nu pot activa sau dezactiva gene pentru a produce proteine noi. Totuși, la fiecare câteva secunde se deplasează între medii bogate și sărace în oxigen și trebuie să se adapteze aproape instantaneu. Studiul nostru arată că reușesc acest lucru, în parte, reorganizându-și continuu proteinele pe care le au deja.”
Centrul acestei rețele sensibile la oxigen este Band 3, cea mai abundentă proteină din membrana globulelor roșii. Cercetătorii au descoperit o interacțiune necunoscută anterior între Band 3 și biliverdin reductaza B (BLVRB), care leagă modificările membranei celulare de mașinăria metabolică din interior. Când nivelul de oxigen a scăzut, aproape o treime dintre interacțiunile proteice cartografiate au fost remodelate. Legarea dintre Band 3 și hemoglobina deoxigenată a crescut de aproximativ trei ori, în timp ce metabolismul glucozei s-a modificat și producția de 2,3-BPG a crescut. Această moleculă reduce atașamentul hemoglobinei față de oxigen, ajutând globulele roșii să elibereze oxigen către țesuturile care au cea mai mare nevoie de el.
Pentru a testa dacă mecanismul contează într-un organism viu, cercetătorii au folosit modele animale lipsite de regiunea N-terminală a Band 3, responsabilă de răspunsul la oxigen. Globulele lor roșii nu au mai putut declanșa răspunsul metabolic normal la oxigenul scăzut și au arătat o capacitate de efort redusă.
Deși cercetătorii nu au studiat direct sportivi sau persoane care se aclimatizează la altitudine mare, descoperirile sugerează că abilitatea globulelor roșii de a-și reorganiza rapid metabolismul contribuie la capacitatea organismului de a funcționa când oxigenul devine limitat.
Studiul arată că globulele roșii mature, deși nu au nucleu și nu pot produce proteine noi, pot răspunde prin reorganizarea și modificarea proteinelor pe care le au deja. „Ceea ce vedem este o celulă care se adaptează fără să fabrice proteine noi”, a spus D’Alessandro. „Interacțiunile dintre proteine devin o formă de reglare biologică rapidă.”
Cercetătorii au descoperit un alt nivel al acestui răspuns, implicând oxidul nitric (NO), care ajută la reglarea funcției vaselor de sânge. BLVRB acționează ca un releu molecular, transferând un semnal chimic derivat din NO către o altă enzimă care reglează imediat sinteza de 2,3-BPG, ajutând la redirecționarea modului în care celula folosește glucoza când nivelul de oxigen scade.
În mod remarcabil, plantele au evoluat independent pentru a folosi practic același comutator pentru a genera molecule care reglează fotosinteza. „Este izbitor să vedem aceeași strategie chimică de bază folosită la forme de viață atât de îndepărtate”, a spus D’Alessandro. „Într-o globulă roșie, ajută metabolismul să răspundă la oxigenul în schimbare. Într-o plantă, ajută la redirecționarea carbonului către fotosinteză. Evoluția pare să fi folosit în mod repetat același comutator molecular pentru a adapta metabolismul la schimbările gazelor din jur.”
Înțelegerea acestor mecanisme ar putea ajuta cercetătorii să înțeleagă mai bine diferențele în adaptarea la altitudine mare, performanța la efort și vulnerabilitatea la distrugerea globulelor roșii. De asemenea, ar putea oferi noi perspective asupra stocării sângelui și transfuziilor. Cercetătorii au făcut publică baza de date detaliată a proteinelor globulelor roșii, numită Deep Red, pentru a ajuta alți oameni de știință să investigheze aceste mecanisme.
Studiul reunește cercetători de la CU Anschutz și de la instituții colaboratoare din Statele Unite și Canada. Semnificația sa este evidențiată și de un editorial însoțitor publicat în revista Blood și de o discuție specială în podcastul American Society of Hematology.
