Учёные обнаружили белок, обеспечивающий безопасную переработку железа из старых эритроцитов
Человек выживает благодаря постоянной переработке железа — металла, который является важнейшим компонентом красных кровяных телец, но токсичен вне этих клеток. Более 90% железа в 25 триллионах жизненно важных эритроцитов взрослого человека перерабатывается из отслуживших клеток.
Почти 50 лет назад учёные впервые выдвинули гипотезу, что в организме должен существовать специальный белковый «контейнер» для безопасного транспорта гема — формы железа, встречающейся в живых организмах — во время распада и переработки старых эритроцитов и при других типах метаболизма гема. Теперь группа учёных из Университета Мэриленда, Гарвардской медицинской школы, Национальных институтов здоровья (NIH) и Медицинской школы Университета Юты идентифицировала этот долго разыскиваемый переносчик гемового железа и показала, что это тот же белок HRG1, который использует для транспорта гема микроскопический червь C. elegans. У людей железо в составе гема — это компонент, который позволяет гемоглобину в эритроцитах переносить кислород, необходимый для жизни.
Результаты работы команды, основанные на исследованиях на моделях человека, мыши, рыбки данио и дрожжей, опубликованы в выпуске журнала Cell Metabolism от 5 февраля.
Роль белка HRG1
Исследование показало, что долго разыскиваемый переносчик гема, позволяющий человеку перерабатывать более 5 миллионов эритроцитов в секунду в селезёнке и печени, — это тот же транспортный белок HRG1, который был открыт в червях в 2008 году. Тогда было показано, что C. elegans использует его для безопасной доставки гемового железа, полученного из почвы, в свой кишечник.
Кроме того, в текущем исследовании показано, что мутации в гене HRG1 могут быть причинным фактором генетических нарушений метаболизма железа у людей.
Три части головоломки
Данное открытие — третья важная часть, которую лаборатория под руководством Икбала Хамзы добавила к пониманию того, как организмы безопасно перемещают гем в теле:
- Роль HRG1 в транспорте гема у червей (2008).
- Роль HRG1 в переработке эритроцитов у человека (текущее исследование).
- Открытие в 2011 году (опубликовано в Cell) другого родственного белка HRG3 у C. elegans, который транспортирует гем из кишечника матери к развивающимся эмбрионам.
По словам Хамзы, путь, опосредованный HRG3, который черви используют для транспорта гема к развивающимся ооцитам, также представляется отличной мишенью для остановки размножения анкилостом и других паразитов, питающихся гемоглобином эритроцитов хозяина.
Практическое значение
Эти три открытия могут привести к новым методам лечения двух давних проблем:
- Инфекций, вызываемых паразитическими червями (затрагивают более четверти населения мира).
- Нарушений метаболизма железа и дефицита железа (самое распространённое в мире расстройство питания).
С помощью Управления по коммерциализации технологий Университета Мэриленда Хамза основал компанию Rakta Therapeutics, Inc., которая фокусируется на разработке противопаразитарных препаратов, специфически нацеленных на вариации транспортеров HRG1 и HRG3 у паразитов.
Почему моделью стал червь C. elegans?
Идентификация белков, транспортирующих гем, была сложной задачей, потому что организмы производят гем в ходе сложного восьмиэтапного процесса, который трудно контролировать в исследованиях путей транспорта гема.
После неудачных попыток изучить этот вопрос на традиционных моделях (бактерии и мыши) Хамза переключился на неинтуитивный объект исследования — круглого червя C. elegans, который:
- Не производит гем, но нуждается в нём для выживания.
- Не имеет крови, но разделяет с человеком множество генов.
- Получает гем, поедая бактерии в почве.
- Позволяет контролировать количество потребляемого гема.
- Имеет прозрачное тело, что позволяет под микроскопом наблюдать движение поглощённого гема в живом организме.