Открытие механизма работы древнейших форм жизни обещает новые методы лечения ключевых заболеваний
Исследователи из Медицинской школы Университета Кейс Вестерн Резерв обнаружили, что газ оксид азота (NO), естественным образом производимый во всех клетках человеческого тела, играет фундаментальную регуляторную роль в контроле функций бактерий через механизм сигнализации, называемый S-нитрозилированием (SNO). Этот процесс связывает NO с белковыми молекулами.
Также учёные открыли новый набор из 150 генов, которые регулируют производство SNO. Нарушение работы этих генов вызывало повреждение бактериальных клеток, сходное с повреждениями, наблюдаемыми при многих распространённых заболеваниях человека. Эти данные указывают на возможность создания новых классов антибиотиков и методов лечения ряда болезней.
Связь между бактериями и человеком
Открытие, опубликованное в журнале Science, устанавливает параллель между поведением бактериальных и человеческих клеток. Оно проливает свет на лечение заболеваний, связанных с тем же механизмом, что найден у бактерий.
Раньше считалось, что побочный продукт метаболизма нитрата — NO — не играет у бактерий значительной роли. Новое исследование показывает, что он важен для их функционирования, как и у людей. Это говорит о том, что на протяжении миллиардов лет NO служил фундаментальным сигнальным механизмом, и связанные с ним важные функции сохранились в эволюции от бактерий к человеку.
Механизм S-нитрозилирования и его значение
S-нитрозилирование — это клеточный процесс, при котором молекула на основе NO связывается с белком, активируя клеточную сигнализацию. Когда такие модификации белков идут не так (слишком мало или слишком много присоединений NO), может возникнуть болезнь.
У людей нарушение обработки NO способствует развитию многих заболеваний, включая рак, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, сердечную недостаточность и астму. SNO накапливаются на белках, создавая специфические "подписи" болезни. Аналогично, в бактериях отсутствие определённых генов из нового набора способствовало накоплению SNO на белках клеток.
Роль генов и белка OxyR
Исследователи обнаружили, что контроль над нитрозилированием в бактериях осуществляет группа из 150 генов, регулируемых транскрипционным фактором (белком) OxyR. Эти гены предотвращают аномальное присоединение NO к белкам. Ранее считалось, что OxyR работает только в присутствии кислорода. Новое исследование показывает, что он является "главным регулятором" S-нитрозилирования белков, который работает для облегчения нитрозативного стресса.
Нитрозативный стресс — это состояние, возникающее, когда молекулы NO неконтролируемо связываются с белковыми молекулами, меняя их форму и функцию. Это древний эквивалент окислительного стресса. Идентифицированные гены помогают управлять модификациями белков у бактерий и устранять излишки NO, чтобы избежать повреждения или гибели клеток.
Перспективы для медицины
Понимание SNO-связывания в бактериях даёт основу для разработки новых лекарств, которые могли бы блокировать ошибочные белковые присоединения, способствующие болезни. Препараты, нарушающие работу SNO-контролирующих белков, также представляют собой потенциально новые антибиотики.
Поскольку нитрозативный стресс характерен для многих заболеваний (рак, сепсис и др.), изучение этого состояния у бактерий может дать новое понимание этих болезней и их лечения. Исследовательская группа активно работает над определением функций обнаруженных 150 генов, чтобы выделить гены, относящиеся к болезням человека, и найти возможности для разработки методов коррекции генетических сбоев.