Den inåtvända delvis tilltäppta strukturen med bunden last. Kredit:Nature Communications (2022). DOI:10.1038/s41467-022-32006-8
Ny forskning ger ny insikt om hur en viktig klass av molekyler skapas och förflyttas i mänskliga celler.
I åratal visste forskare att mitokondrier - specialiserade strukturer inuti celler i kroppen som är nödvändiga för andning och energiproduktion - var involverade i sammansättningen och förflyttningen av järn-svavelkofaktorer, några av de viktigaste föreningarna i människokroppen. Men hittills har forskarna inte förstått hur exakt processen fungerade.
Ny forskning, publicerad i tidskriften Nature Communications , fann att dessa kofaktorer flyttas med hjälp av ett ämne som kallas glutation, en antioxidant som hjälper till att förhindra vissa typer av cellskador genom att transportera dessa väsentliga järnkofaktorer över en membranbarriär.
Glutation är särskilt användbart eftersom det hjälper till att reglera metaller som järn, som används av röda blodkroppar för att göra hemoglobin, ett protein som behövs för att hjälpa till att transportera syre genom hela kroppen, säger James Cowan, medförfattare till studien och en framstående universitetsprofessor. emeritus i kemi och biokemi i Ohio State.
"Järnföreningar är avgörande för att cellulär biokemi ska fungera korrekt, och deras montering och transport är en komplex process," sa Cowan. "Vi har bestämt hur en specifik klass av järnkofaktorer flyttas från ett cellulärt rum till ett annat med hjälp av komplexa molekylära maskiner, vilket gör att de kan användas i flera steg av cellkemin."
Järn-svavelkluster är en viktig klass av föreningar som utför en mängd olika metaboliska processer, som att hjälpa till att överföra elektroner i produktionen av energi och göra viktiga metaboliter i cellen, samt hjälpa till med replikeringen av vår genetiska information.
"Men när dessa kluster inte fungerar ordentligt, eller när nyckelproteiner inte kan få dem, då händer dåliga saker," sa Cowan.
Om det inte fungerar kan det skadade proteinet ge upphov till flera sjukdomar, inklusive sällsynta former av anemi, Friedreichs ataxi (en störning som orsakar progressiv skada på nervsystemet) och en mängd andra metabola och neurologiska störningar.
Så för att studera hur denna väsentliga mekanism fungerar började forskarna med att ta en svamp som heter C. thermophilum, identifiera nyckelproteinmolekylen av intresse och producera stora mängder av det proteinet för strukturell bestämning. Studien noterar att proteinet som de studerade inom C. thermophilum i huvudsak är en cellulär tvilling av det mänskliga proteinet ABCB7, som överför järn-svavelkluster i människor, vilket gör det till det perfekta exemplaret för att studera export av järn-svavelkluster hos människor.
Genom att använda en kombination av kryo-elektronmikroskopi och beräkningsmodellering kunde teamet sedan skapa en serie strukturella modeller som beskriver vägen som mitokondrier använder för att exportera järnkofaktorerna till olika platser inuti kroppen. Medan deras fynd är avgörande för att lära sig mer om de grundläggande byggstenarna i cellulär biokemi, sa Cowan att han är spänd på att se hur deras upptäckt senare kan främja medicin och terapi.
"Genom att förstå hur dessa kofaktorer sätts ihop och flyttas i mänskliga celler, kan vi lägga grunden för att bestämma hur man kan förebygga eller lindra symtom på vissa sjukdomar", sa han. "Vi kan också använda den grundläggande kunskapen som grunden för andra framsteg för att förstå cellkemi." + Utforska vidare
