Ученые определили один из механизмов повреждения иммунных клеток наночастицами

Исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) Министерства энергетики США показали, что процесс окислительного стресса происходит при контакте определенных наночастиц с иммунными клетками, избирательно модифицируя белки макрофагов. Результаты опубликованы в журнале ACS Nano.

"Окислительный стресс происходит избирательно даже при низких уровнях воздействия наночастиц", — заявил Брайан Тралл, эксперт по нанотоксикологии PNNL. "Мы продемонстрировали подход, достаточно чувствительный, чтобы обнаружить влияние наночастиц на макрофаги задолго до гибели клеток. Это позволяет нам понять наиболее чувствительные клеточные мишени окислительного стресса и задействованные пути полнее, чем раньше".

Наночастицы размером менее 100 нанометров широко используются в биомедицине, электронике, косметике, упаковке пищевых продуктов и солнцезащитных кремах, а также являются компонентом загрязнения воздуха.

Исследование PNNL более детально рассматривает конкретные белки в клетках, которые являются мишенями окислительного повреждения, вызванного наночастицами. "Это исследование показывает, что некоторые наночастицы, которые мы считаем нетоксичными, могут оказывать множество эффектов на макрофаги", — отметил аналитический химик Вэй-Цзюнь Цянь.

Метод и результаты исследования

Выводы основаны на методе, разработанном учеными PNNL для измерения окисления белков в очень специфических участках клеток. Количественный редокс-протеомный подход с использованием масс-спектрометра позволяет одновременно изучать тысячи сайтов, вовлеченных в редокс-реакции.

Команды проанализировали модификации во всех белках мышиных клеток, подвергнутых воздействию трех типов наночастиц:

• Оксид кремния (аморфный кремнезем) — считается малотоксичным.
• Оксид железа (Fe₂O₃) — вызывает умеренный окислительный стресс, но обычно недостаточный для гибели клеток.
• Оксид кобальта — вызывает высокий уровень окислительного стресса, может приводить к гибели клеток и токсичности для легких.

Ученые изучили более 2000 клеточных "горячих точек", где происходит S-глутатионилирование — специфическая модификация белков, связанная с иммунными функциями при окислительном стрессе.

В макрофагах, подвергнутых воздействию наночастиц, была обнаружена молекулярная "следы" активности — увеличение S-глутатионилирования. Однако конкретная картина окислительных модификаций белков варьировалась в зависимости от типа наночастицы. Это позволило идентифицировать специфические молекулярные пути, наиболее чувствительные к низким уровням окислительного стресса, и отличить их от путей, связанных с высокими уровнями стресса, ведущими к гибели клеток.

Значение для иммунитета

Макрофаги — это клетки-первопроходцы организма в распознавании и нейтрализации чужеродных агентов. Некоторые наночастицы могут ослаблять способность макрофагов распознавать, удерживать и поглощать частицы.

Два года назад команда Тралла показала, что при воздействии наночастиц макрофаги работают менее эффективно и хуже распознают и удаляют Streptococcus pneumoniae — основную причину внебольничной пневмонии. Картина изменений белков, выявленная в новом исследовании, дает новые подсказки о типах наночастиц, вызывающих эти эффекты, и о вовлеченных белках.