Клетъчни машини, участващи във вграждането на селен, се виждат за първи път

Учен от Rutgers е част от международен екип, който е определил процеса за включване на селен – основен микроелемент, открит в почвата, водата и някои храни, който увеличава антиоксидантните ефекти в тялото – към 25 специализирани протеини, откритие, което може да помогне за разработването на нови терапии за лечение на множество заболявания от рак до диабет.

В изследванияподробно в наука списание, включва най-задълбочено досега описание на процеса, чрез който селенът достига там, където трябва да бъде в клетките, което е от решаващо значение за много аспекти на клетъчната и биологията на организма. Първо, селенът е капсулиран в селеноцистеин (Sec), незаменима аминокиселина. След това Sec се включва в 25 така наречени селенопротеини, всички от които са ключови за множество клетъчни и метаболитни процеси.

Разбирането на работата на тези жизненоважни механизми по такъв подробен начин е от решаващо значение за разработването на нови медицински терапии, според изследователи, включително Пол Коупланд, професор в катедрата по биохимия и молекулярна биология в Медицинско училище Рутгерс Робърт Ууд Джонсън.

„Тази работа разкри структури, които никога не са били виждани преди, някои от които са уникални в цялата биология“, каза Коупланд, автор на изследването.

Коупланд и екипът успяха да визуализират клетъчните механизми с помощта на специализиран криоелектронен микроскоп, който използва лъчи от електрони, а не светлина, за да образува триизмерни изображения на сложни биологични образувания с почти атомна разделителна способност. Процесът използва замразени проби от молекулярни комплекси и след това прилага усъвършенствана обработка на изображения – използвайки днешната огромна изчислителна мощност, за да обединява хиляди изображения, за да произведе триизмерни напречни сечения и дори анимация със спиране на движение, предаваща усещане за движение в биомолекулите. В резултат на това учените могат да видят представяния на сложната структура на протеини и други биомолекули и дори как тези структури се движат и променят, докато функционират като клетъчни „машини“.

Включването на селен се извършва дълбоко в сложната машина на отделната клетка. Учените вече знаеха кои протеини и молекули на РНК – нуклеинова киселина, присъстваща във всички клетки, участващи в производството на протеини – активираха процеса. Те обаче не бяха в състояние да различат критичната стъпка за това как тези фактори работят в тандем, за да завършат цикъла, диктувайки функцията на рибозомата на клетката – голяма макромолекулна машина, която свързва РНК, за да направи повече протеини. Това, което откриха, беше, че процесите, които се случват, не приличат на всички, които се предполагат, че се случват някъде другаде в човешкото тяло.

„Тази аминокиселина се свързва с уникална РНК молекула и тя трябва да бъде пренесена до рибозомата чрез уникален протеинов фактор“, каза Коупланд, чиято лаборатория е прекарала последните 20 години, за да разбере как функционират тези биомолекули на биохимично ниво. “И всичко това еволюира при хората специално, за да позволи селенът да бъде включен в тази шепа протеини.”

След като Sec се устрои в селенопротеините, протеините изпълняват широк спектър от жизненоважни функции, необходими за растежа и развитието. Те произвеждат нуклеотиди, градивните елементи на ДНК. Те разграждат или съхраняват мазнини за енергия. Те създават клетъчни мембрани. Те произвеждат хормона на щитовидната жлеза, който контролира метаболизма на човешкото тяло. И те реагират на това, което е известно като оксидативен стрес, като детоксикират химически реактивните странични продукти в клетките.

Болести и разстройства като рак, сърдечни заболявания, мъжко безплодие, диабет и хипотиреоидизъм могат да възникнат, когато производството на селенопротеини е нарушено.

„Разбирането на механизма, чрез който се включва Sec, е основополагаща част от разработването на нови терапии за множество болестни състояния“, каза Коупланд.

Изследването е ръководено от учени от Института по медицинска физика и биофизика в Берлин, Германия, Института за молекулярна генетика Макс Планк в Берлин, Германия, и Университета на Илинойс в Чикаго в Чикаго, Илинойс.

Препратки: Hilal T, Killam BY, Grozdanović M и др. Структура на рибозомата на бозайници, тъй като тя декодира селеноцистеиновия UGA кодон. наука. 2022; 376 (6599): 1338-1343. doi: 10.1126 / science.abg3875

Тази статия е препубликувана от следното материали. Забележка: материалът може да е редактиран за дължина и съдържание. За повече информация, моля, свържете се с цитирания източник.