Дыхание серой у млекопитающих

Распространенный серосодержащий метаболит с антиоксидантной активностью, по-видимому, образуется с помощью фермента, обнаруженного в митохондриях. Это открытие подчеркивает потенциальное направление для будущих исследований методов лечения различных заболеваний.

Исследователи получили новое представление о формировании группы соединений, встречающихся почти у всех организмов. Эти соединения, как сообщается, являются мощным антиоксидантом, защищающим клетки от повреждения свободными радикалами. Ученые также обнаружили, что эти соединения необходимы для поддержания митохондриального энергетического метаболизма, известного как серное дыхание, и впервые идентифицировали этот процесс у людей и других млекопитающих.

Соединения, такие как цистеингидроперсульфид (CysSSH) и другие персульфиды, широко присутствуют в клетках большинства организмов — от одноклеточных до человека, а также в окружающей среде и пищевых продуктах. Считается, что они действуют как антиоксиданты, защищая клетки от вредных свободных радикалов — побочных продуктов нормальной клеточной активности или загрязнителей, которые могут вызывать различные заболевания, включая рак. Однако то, как именно образуются эти реактивные серные молекулы и какую роль они играют в клетках, до конца не было понятно.

Международная команда исследователей из Университета Тохоку (Япония) с коллегами из Японии, Венгрии, Великобритании и США сосредоточилась на одном из путей образования CysSSH внутри клеток. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

Ключевые открытия:

• Исходный материал: Аминокислота L-цистеин выступает в качестве строительного блока для синтеза CysSSH.
• Фермент-катализатор: Реакцию катализирует семейство ферментов цистеинил-тРНК-синтетаз (CARS), присутствующих в большинстве клеток млекопитающих.
• Два типа ферментов: Один тип CARS присутствует в цитоплазме клеток, другой — внутри митохондрий.
• Основной источник: Инактивация генов, продуцирующих варианты фермента, у мышей и людей показала, что фермент внутри митохондрий ответственен за производство большей части CysSSH и других персульфидов.
• Механизм: После производства внутри митохондрий фермент перемещается в цитоплазму клетки, где катализирует реакцию образования CysSSH.
• Двойная роль: Митохондриальный фермент также отвечает за выработку энергии и поддержание функций митохондрий, часто называемых "энергетическими станциями" клеток.

Значение исследования:

Выявив двойную роль ферментов CARS, исследователи показали их важность как для антиоксидантной защиты, так и для производства энергии. Эти ферменты обеспечивают путь внутри клеток, который поддерживает серное дыхание без потребности в кислороде.

Это открытие может проложить путь для исследований того, как данные ферменты могут помочь в лечении заболеваний, вызванных увеличением количества окислителей или дисфункцией митохондрий, таких как:

• Диабет
• Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ)
• Атеросклероз
• Сердечно-сосудистые заболевания

Такие исследования потенциально могут способствовать продлению жизни, повышению ее качества и даже открыть новые возможности для диагностики, профилактики и лечения рака.