Биохимики выяснили, как сложная молекула перемещает железо по организму

Новое исследование дает новое представление о том, как создается и перемещается важный класс молекул в клетках человека.

В течение многих лет ученые знали, что митохондрии, специализированные структуры внутри клеток организма, которые необходимы для дыхания и производства энергии, участвуют в сборке и перемещении кофакторов железа и серы, одних из самых важных соединений в организме человека. Но до сих пор исследователи не понимали, как именно происходит этот процесс.

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показало, что эти кофакторы перемещаются с помощью вещества под названием глутатион – антиоксиданта, который помогает предотвратить некоторые виды повреждения клеток, перенося эти важные кофакторы железа через мембранный барьер.

“Глутатион особенно полезен, поскольку он помогает регулировать такие металлы, как железо, которое используется эритроцитами для производства гемоглобина – белка, необходимого для переноса кислорода по организму. Соединения железа имеют решающее значение для правильного функционирования клеточной биохимии, а их сборка и транспортировка – это сложный процесс. Мы определили, как определенный класс кофакторов железа перемещается из одного клеточного компартмента в другой через сложный молекулярный механизм, что позволяет использовать их на нескольких этапах клеточной химии”, – рассказывает Джеймс Коуэн, соавтор исследования и заслуженный профессор химии и биохимии Университета штата Огайо.

Железо-серные кластеры – это важный класс соединений, которые осуществляют различные метаболические процессы, например, помогают переносить электроны при производстве энергии и вырабатывать ключевые метаболиты в клетке, а также помогают в репликации нашей генетической информации.

“Но когда эти кластеры не работают должным образом или когда ключевые белки не могут их получить, тогда происходят плохие вещи”, – подчеркивает Коуэн.

Если поврежденный белок не может функционировать, это может вызвать ряд заболеваний, включая редкие формы анемии, атаксию Фридрейха (заболевание, вызывающее прогрессирующее повреждение нервной системы) и множество других метаболических и неврологических расстройств.

Чтобы изучить, как работает этот важный механизм, исследователи начали с гриба C. thermophilum, определили ключевую молекулу белка, представляющую интерес, и произвели большое количество этого белка, чтобы определить его структуру. В исследовании отмечается, что белок, который они изучали в C. thermophilum, по сути, является клеточным двойником человеческого белка ABCB7, который переносит железо-серные кластеры у людей, что делает его идеальным образцом для изучения экспорта железо-серных кластеров у людей.

Используя сочетание криоэлектронной микроскопии и компьютерного моделирования, команда смогла создать ряд структурных моделей, подробно описывающих путь, который митохондрии используют для экспорта кофакторов железа в различные места организма. Несмотря на то, что полученные результаты являются жизненно важными для изучения основных строительных блоков клеточной биохимии, Коуэн сказал, что ему не терпится увидеть, как их открытие может впоследствии способствовать развитию медицины и терапии.