خدمه تعمیر ممکن است برای کمک به رفع آسیب اکسیداتیو در کارخانه های پروتئین وارد شوند

در یک کشف اساسی برای عملکرد درونی سلول‌ها، دانشمندان کشف کرده‌اند که اگر استرس اکسیداتیو به کارخانه‌های پروتئینی به نام ریبوزوم‌ها آسیب بزند، تیم‌های تعمیر ممکن است به رفع آسیب کمک کنند تا کار به سرعت از سر گرفته شود.

این کشف، روز جمعه در مجله گزارش شد سلول مولکولینویسنده اصلی این مطالعه، زیست شناس مولکولی دکتر کاترین کربشتاین، پروفسور مؤسسه نوآوری و فناوری بیومدیکال هربرت ورتهایم UF Scripps، گفت که می تواند پیامدهایی برای سرطان، روند پیری، و رشد و توسعه داشته باشد.

به معنای واقعی کلمه بیش از نیمی از جرم تمام سلول ها ریبوزوم هستند. اگر ریبوزوم کافی ندارید، یا عملکرد آنها نادرست است، پروتئین ها به درستی ساخته نمی شوند و این می تواند منجر به همه این بیماری ها شود. ما می دانیم که نقص در ماشین ریبوزوم ها، به عنوان مثال، در تمام سلول های سرطانی یافت می شود.

کاترین کربشتاین، دکترا، پروفسور، موسسه نوآوری و فناوری زیست پزشکی هربرت ورتهایم UF Scripps

در انسان، یک سلول منفرد ممکن است 10 میلیون ریبوزوم داشته باشد که پروتئین‌های مشخص شده در ژن‌ها را جمع‌آوری می‌کند، هر بار یک اسید آمینه. در حالی که بسیاری از چیزها می تواند به آنها آسیب برساند – عفونت، نور ماوراء بنفش، تشعشع یا استرس اکسیداتیو -؛ سلول ها توانایی قابل توجهی برای محافظت از خود دارند. اغلب، اقلام آسیب دیده برای تخریب، برش و بازیافت برچسب گذاری می شوند. با این حال، از آنجایی که وجود ریبوزوم ها در تعداد زیاد بسیار مهم است، از بین بردن هر ریبوزوم آسیب دیده مشکل ساز است.

در مطالعه خود، Karbstein و همکاران یک راه جایگزین، خاص برای آسیب استرس اکسیداتیو پیدا کردند. استرس اکسیداتیو زمانی در سلول ها اتفاق می افتد که مولکول های اکسیژن بسیار واکنش پذیر تولید شده توسط فرآیند متابولیسم انرژی باید مکان های پایداری برای فرود بیابند. اغلب آن مکان های پایدار در پروتئین ها قرار دارند. ورود اکسیژن اضافی می تواند باعث تغییر و آسیب به مولکول دریافت کننده شود. در مورد ریبوزوم ها، می تواند کار ساخت پروتئین را کاملاً متوقف کند.

دانشمندان دریافتند که ریبوزوم‌ها این آسیب نامطلوب را با مولکول‌های کمکی برطرف می‌کنند، مولکول‌هایی که مانند چپرون عمل می‌کنند و بخش آسیب‌دیده را از سلول دور می‌کنند. آسیب به سرعت برطرف می شود و ریبوزوم دوباره به کار خود بازمی گردد. بنابراین سلول از فرآیند فشرده‌تر شکستن و بازآفرینی ریبوزوم‌های کاملاً جدید و خطر از دست دادن ناگهانی مخزن ریبوزوم خود جلوگیری می‌کند.

کربشتاین می‌گوید: «معمولاً وقتی پروتئین‌ها شکسته می‌شوند، سلول فقط آنها را تجزیه می‌کند. ریبوزوم مجموعه بسیار بزرگی از RNA و پروتئین است، بنابراین شاید اگر بخشی شکسته شود، نخواهید کل آن را بیرون بیاورید». “به جای خرید یک ماشین جدید، مانند تعویض لاستیک پنچر است.”

بیوشیمی این فرآیند را هدایت می کند. مولکول های اسید آمینه سیستئین در ریبوزوم دریافت کننده های مکرر این مولکول های اکسیژن رادیکال آزاد هستند. آسیب اکسیداتیو آنقدر آنها را تغییر می‌دهد که اگر مولکول‌های چپرون در نزدیکی باشند، ترجیح می‌دهند از ریبوزوم جدا شده و در عوض به چپرون متصل شوند. همانطور که آنها از ریبوزوم خارج می شوند، اسیدهای آمینه آسیب ندیده به مکان های مناسب خود حرکت می کنند و نقص را برطرف می کنند و تولید پروتئین را بازیابی می کنند.

مطالعات بیوشیمیایی به دلیل اکتشافات آزمایشگاه شیمیدان کیت کارول، دکتری، همچنین در موسسه Wertheim UF Scripps امکان پذیر شد. آزمایشگاه کارول معرف ها و فرآیندهای ویژه ای را برای نظارت بر آسیب اکسیداتیو اسیدهای آمینه سیستین توسعه داد.

اولین نویسنده این مقاله، محقق فوق دکتری آزمایشگاه Karbstein، یون مو (جیسون) یانگ، Ph.D. یانگ گفت در حالی که این کشف در مخمر انجام شد، به نظر می رسد این سیستم ترمیم ریبوزومی از طریق بسیاری از گونه ها از جمله انسان حفظ شده است. به عنوان مثال، مطالعات روی نورون های انسانی پدیده مشابهی را پیشنهاد کرده است.

یانگ گفت: «همه موجودات زنده در معرض استرس اکسیداتیو هستند، بنابراین آسیب پروتئین در همه موجودات زنده اتفاق می افتد. ما گمان می کنیم که مکانیسم های ترمیم ریبوزوم در هر موجود زنده ای از جمله انسان اتفاق می افتد.

در ادامه، دانشمندان سؤالات زیادی دارند که باید دنبال کنند: آنها دو پیشوا را پیدا کردند. آیا بیشتر وجود دارد؟ بسیاری از آنتی بیوتیک ها ریبوزوم ها را از کار می اندازند، بنابراین آیا مکانیسم های ترمیم در باکتری ها به آنها کمک می کند تا از آنتی بیوتیک ها فرار کنند؟ سلول‌های مخمری که فاقد این سلول‌ها هستند رشد ضعیفی دارند و مناسب‌تر به نظر می‌رسند، بنابراین آیا این می‌تواند بر پیری، رشد و تکامل تأثیر بگذارد؟ کربشتاین گفت که اینها تنها تعدادی از سوالاتی است که کشف مطرح می کند.

کربشتاین گفت: “من به این فکر می کنم که چگونه می توانیم این را به الگوی پیری ترجمه کنیم.” “این دقیقا مانند پر کردن یک پازل است. شما این قطعه را دارید، سپس یک قطعه دیگر، و سپس می گویید “اوه، اینطوری همه قطعات با هم جمع می شوند.” بنابراین، قطعات بسیار بیشتری پیدا می شود.”