Un studiu evidențiază complexitatea globulelor roșii în adaptarea la oxigen scăzut
Globulele roșii reprezintă aproape 83% din toate celulele din corpul uman, însă adesea sunt prezentate ca simple saci de hemoglobină care transportă oxigen de la plămâni către inimă și dincolo de aceasta.
Cercetările recente de la Universitatea din Colorado Anschutz arată că acestea sunt mult mai complexe, având implicații semnificative pentru sănătate, exerciții și fitness.
Un studiu publicat în revista Blood a identificat 3.775 de proteine în globulele roșii mature umane ultra-pure, de peste trei ori mai multe decât estimările de acum 15 ani, și a cartografiat mii de interacțiuni fizice între ele, dezvăluind o rețea dinamică care se adaptează rapid la scăderea nivelurilor de oxigen.
Aceste descoperiri oferă noi perspective asupra modului în care organismul răspunde la condițiile de hipoxie, atât în timpul expunerii la altitudini mari, cât și în timpul exercițiilor fizice intense, precum și în cazurile patologice de hipoxie, inclusiv pierderea severă a livrării de oxigen care poate apărea după traume și șoc hemoragic.
Globulele roșii sunt mult mai sofisticate decât s-a crezut anterior. Deși nu au nucleu și nu pot activa sau dezactiva gene pentru a produce proteine noi, ele se deplasează constant între medii bogate în oxigen și medii sărace în oxigen, având nevoie să se adapteze aproape instantaneu. Studiul nostru arată că reușesc acest lucru, în parte, prin reorganizarea continuă a proteinelor pe care le au deja.”
Angelo D’Alessandro, senior author al studiului și profesor de biochimie și genetică moleculară la CU Anschutz.
La baza acestei rețele sensibile la oxigen se află Band 3, cea mai abundentă proteină din membrana globulelor roșii. Cercetătorii au descoperit o interacțiune necunoscută anterior între Band 3 și biliverdin reductază B (BLVRB), care leagă modificările membranei celulare de aparatul metabolic din interiorul acesteia.
Atunci când nivelurile de oxigen au scăzut, aproape o treime dintre interacțiunile proteice cartografiate au fost remodelate. Legătura dintre Band 3 și hemoglobina deoxigenată a crescut de aproximativ trei ori, în timp ce metabolismul glucozei s-a modificat și producția de 2,3-BPG a crescut. Această moleculă reduce atracția hemoglobinei pentru oxigen, ajutând globulele roșii să elibereze oxigen către țesuturile care au cea mai mare nevoie de el.
Descoperiri moleculare cu implicații pentru altitudine mare și exerciții fizice
Aceste constatări ar putea explica modul în care globulele roșii se ajustează atunci când persoanele călătoresc sau trăiesc la altitudini mari, unde nivelurile de oxigen sunt mai scăzute.
Globulele roșii sunt cunoscute pentru că cresc 2,3-BPG în timpul expunerii la altitudine mare, ajutându-se să compenseze disponibilitatea redusă de oxigen. Studiul nou identifică o parte din aparatul molecular care ar putea coordona această reacție.
Pentru a testa relevanța acestui mecanism într-un organism viu, cercetătorii au utilizat modele animale care nu aveau regiunea terminală N-acentuată a Band 3, răspunzătoare la oxigen. Globulele lor roșii nu au mai putut să dezvolte răspunsul metabolic normal la oxigen scăzut și au arătat capacitate de exercițiu diminuată.
Cercetările anterioare au demonstrat că globulele roșii cresc producția de 2,3-BPG în timpul expunerii la altitudini mari. Studiul actual identifică un sistem molecular care ar putea ajuta la coordonarea acestei reacții.
Deși cercetătorii nu au studiat direct sportivii sau persoanele care se aclimatizează la altitudine mare, descoperirile sugerează că abilitatea globulelor roșii de a-și reorganiza rapid metabolismul contribuie la capacitatea organismului de a funcționa atunci când oxigenul devine limitat.
Globulele roșii se adaptează fără a produce proteine noi
Deși globulele roșii mature nu au nucleu și nu pot răspunde la schimbările de mediu prin producerea de proteine noi, ele pot reacționa prin reorganizarea și modificarea proteinelor existente, a arătat studiul.
„Ce vedem este o celulă care se adaptează fără a produce proteine noi”, a spus D’Alessandro. „Interacțiunile proteice devin o formă de reglementare biologică rapidă.”
Cercetătorii au descoperit o altă latură a acestei reacții implicând oxidul nitric (NO), care ajută la reglementarea funcției vaselor de sânge. BLVRB acționează ca un releu molecular, transferând un semnal chimic derivat din NO către o altă enzimă care reglează imediat sinteza de 2,3-BPG, ajutând la redirecționarea modului în care celula utilizează glucoza atunci când nivelurile de oxigen scad. Remarcabil este că plantele au evoluat independent pentru a folosi practic același comutator pentru a genera molecule care reglează fotosinteza.
„Este surprinzător să vedem aceeași strategie chimică de bază folosită în forme de viață atât de îndepărtate”, a spus D’Alessandro. „Într-o globulă roșie, ajută metabolismul să răspundă la schimbările de oxigen. Într-o plantă, ajută la redirecționarea carbonului către fotosinteză. Evoluția pare să fi folosit în mod repetat același comutator molecular pentru a adapta metabolismul la schimbările gazelor din jur.”
Înțelegerea acestor mecanisme ar putea ajuta cercetătorii să înțeleagă mai bine diferențele în adaptarea la altitudine mare, performanța în exerciții fizice și vulnerabilitatea la distrugerea globulelor roșii. De asemenea, ar putea oferi noi perspective asupra stocării sângelui și transfuziei.
Cercetătorii au făcut baza de date detaliată a proteinelor din globulele roșii, numită Deep Red, disponibilă public pentru a ajuta alți oameni de știință să investigheze aceste mecanisme.
Studiul reunește cercetători de la CU Anschutz și instituții colaboratoare din Statele Unite și Canada.
