Molekularny język komórek

Komórki stworzyły na drodze ewolucji skomplikowane sieci molekularne, które umożliwiają im przetrwanie i adaptację do różnych zmian środowiskowych. Reaktywne formy tlenu (ROS) i reaktywne formy azotu (RNS) działają jak molekuły sygnalizacyjne wobec bodźców zewnętrznych i wywołują specyficzne odpowiedzi.

ROS/RNS prowadzą głównie do potranslacyjnych modyfikacji białek, takich jak nitrozylacja, formowanie mostków dwusiarczkowych i glutationylacja, które z kolei wpływają na liczne fundamentalne procesy komórkowe. Wzorzec białkowych modyfikacji bazujących na reakcjach redoks stanowi prawdopodobnie język molekularny, umożliwiający komórce generowanie specyficznych komunikatów.

Aby zrozumieć funkcjonowanie redoksowych szlaków komunikacyjnych, naukowcy z finansowanego przez UE projektu REDOXDYNAMICS postanowili zbadać czasową i jakościową dynamikę bazujących na reakcjach redoks, potranslacyjnych modyfikacjach in vivo. Jako że w tych modyfikacjach uczestniczą tioredoksyny (TRX) i glutaredoksyny, prace projektu skupiły się na tych enzymach.

Przy użyciu proteomiki i spektrometrii mas naukowcy badali redoksowy proteom Saccharomyces cerevisiae w różnych warunkach fizjologicznego wzrostu. Zidentyfikowano ponad 1000 białek stanowiących cele TRX i pełniących rolę w degradacji białek, translacji, homeostazie redoks lub odpowiedzi na stres. Co interesujące, wyniki sugerują również związek równowagi redoks z autofagią, procesem, poprzez który komórki eukariotyczne degradują materiał międzykomórkowy. Konsorcjum z powodzeniem ustaliło mechanizm regulacji redoks jednego z białek autofagicznych, uzyskując nieocenione informacje o obu procesach.

Podobna analiza organizmów fotosyntetyzujących takich jak Chlamydomonas reinhardtii wykazała, że regulacja redoks kontroluje różne fundamentalne procesy, włączając w to metabolizm węgla. Analiza porównawcza różnych proteomów regulowanych przez glutationylację, nitrozylację lub TRX sugeruje, że te modyfikacje są połączone.

Całkowity zakres projektu REDOXDYNAMICS, obejmującego białka i szlaki podlegające kontroli redoks, zapewnił istotną wiedzę o regulacji sygnalizacji komórkowej. Biorąc pod uwagę rolę sygnalizacji komórkowej w zdrowiu i chorobie, te odkrycia powinny przełożyć się na postępy zarówno w badaniach podstawowych jak i biomedycznych.