Nieuw onderzoek geeft nieuw inzicht in hoe een belangrijke klasse moleculen wordt gemaakt en verplaatst in menselijke cellen.

Jarenlang wisten wetenschappers dat mitochondriën - gespecialiseerde structuren in cellen in het lichaam die essentieel zijn voor ademhaling en energieproductie - betrokken waren bij de assemblage en beweging van ijzer-zwavel-cofactoren, enkele van de meest essentiële verbindingen in het menselijk lichaam. Maar tot nu toe begrepen onderzoekers niet hoe het proces precies werkte.

Nieuw onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications , ontdekte dat deze cofactoren worden verplaatst met behulp van een stof genaamd glutathion, een antioxidant die bepaalde soorten celbeschadiging helpt voorkomen door deze essentiële ijzercofactoren over een membraanbarrière te transporteren.

Glutathion is vooral nuttig omdat het helpt bij het reguleren van metalen zoals ijzer, dat door rode bloedcellen wordt gebruikt om hemoglobine te maken, een eiwit dat nodig is om zuurstof door het lichaam te vervoeren, zei James Cowan, co-auteur van de studie en een vooraanstaande universiteitsprofessor emeritus in scheikunde en biochemie aan de staat Ohio.

"IJzerverbindingen zijn van cruciaal belang voor het goed functioneren van cellulaire biochemie, en hun assemblage en transport is een complex proces", zei Cowan. "We hebben vastgesteld hoe een specifieke klasse ijzer-cofactoren van het ene cellulaire compartiment naar het andere wordt verplaatst met behulp van complexe moleculaire machines, waardoor ze in meerdere stappen van cellulaire chemie kunnen worden gebruikt."

IJzer-zwavelclusters zijn een belangrijke klasse van verbindingen die een verscheidenheid aan metabolische processen uitvoeren, zoals het helpen bij de overdracht van elektronen bij de productie van energie en het maken van belangrijke metabolieten in de cel, evenals het helpen bij de replicatie van onze genetische informatie.

"Maar wanneer deze clusters niet goed werken, of wanneer belangrijke eiwitten ze niet kunnen krijgen, gebeuren er slechte dingen," zei Cowan.

Als het niet in staat is te functioneren, kan het beschadigde eiwit aanleiding geven tot verschillende ziekten, waaronder zeldzame vormen van bloedarmoede, ataxie van Friedreich (een aandoening die progressieve schade aan het zenuwstelsel veroorzaakt) en een groot aantal andere metabole en neurologische aandoeningen.

Dus om te bestuderen hoe dit essentiële mechanisme werkt, begonnen onderzoekers met het nemen van een schimmel genaamd C. thermophilum, het identificeren van het belangrijkste eiwitmolecuul van belang, en het produceren van grote hoeveelheden van dat eiwit voor structurele bepaling. De studie merkt op dat het eiwit dat ze bestudeerden in C. thermophilum in wezen een cellulaire tweeling is van het menselijke eiwit ABCB7, dat ijzer-zwavelclusters bij mensen overdraagt, waardoor het het perfecte exemplaar is om de export van ijzer-zwavelcluster bij mensen te bestuderen.

Door een combinatie van cryo-elektronenmicroscopie en computationele modellering te gebruiken, kon het team vervolgens een reeks structurele modellen maken die de route beschrijven die mitochondriën gebruiken om de ijzer-cofactoren naar verschillende locaties in het lichaam te exporteren. Hoewel hun bevindingen van vitaal belang zijn om meer te weten te komen over de basisbouwstenen van cellulaire biochemie, zei Cowan dat hij enthousiast is om te zien hoe hun ontdekking later de geneeskunde en therapieën zou kunnen bevorderen.

"Door te begrijpen hoe deze cofactoren worden verzameld en verplaatst in menselijke cellen, kunnen we de basis leggen om te bepalen hoe de symptomen van bepaalde ziekten kunnen worden voorkomen of verlicht," zei hij. "We kunnen die fundamentele kennis ook gebruiken als basis voor andere vorderingen in het begrijpen van cellulaire chemie." + Verder verkennen

Structurele inzichten in de biogenese van Fe-S-eiwit