Используя скромного бескровного червя, исследователи из Мэрилендского университета обнаружили важный ключ к разгадке того, как железо, содержащееся в крови человека, всасывается и транспортируется в организм. Это открытие может привести к разработке новых способов снижения дефицита железа, расстройства питания номер один в мире.
С C. elegans, обычного микроскопического червя, который живет в грязи, Икбал Хамза, доцент кафедры животных и птиц, и его команда определили ранее неизвестные белки, которые являются ключевыми для переноса гема, молекулы, которая создает гемоглобин в крови и несет железо. Это важный шаг в понимании того, как наш организм перерабатывает железо. Их результаты опубликованы в выпуске журнала Nature от 16 апреля.
"Структура гемоглобина кристаллизовалась снова и снова," говорит Хамза, "но никто не знает, как гем попадает в глобин или как люди усваивают железо, которое в основном находится в форме гема.
"Чтобы понять основные проблемы питания и генетические причины дефицита железа, мы изучаем молекулы и механизмы, участвующие в абсорбции гема. Как только вы поймете, как переносится гем, вы сможете более эффективно доставлять его, чтобы лучше усваивать железо в кишечнике человека."
Гем и кровь
Гем является важной молекулой для здоровья всех эукариот, организмов, клетки которых организованы в сложные структуры, заключенные в мембраны. Разновидности эукариот варьируются от человека до пекарских дрожжей. Гем делает кровь красной и связывается с кислородом и другими газами, которые необходимы нам для выживания.
Гем создается в митохондриях, затем движется по путям, соединяющим другие клетки, где он синтезируется с образованием крови. Однако гем сам по себе токсичен. "Мы хотели выяснить, как гем переносится между клетками и внутри них," сказал Хамза.
Бескровный червь
Для генерации гема требуется восемь шагов, что затрудняет контроль при изучении путей транспорта гема, как узнал Хамза, когда впервые изучал этот вопрос на бактериях и мышах.
Итак, Хамза сделал неинтуитивный поступок. Он выбрал подопытного, который не производит гема, но нуждается в нем для выживания, у которого даже нет крови, но у которого есть ряд генов с человеческими генами – C. elegans аскарида, простая нематода.
"Мы пытались понять, как образуется кровь у животного, у которого нет крови, которое не краснеет, но имеет глобин," Хамза сказал.
C. elegans получает гем, поедая бактерии в почве, где он обитает. "C. elegans потребляет гем и переносит его в кишечник. Итак, теперь у вас есть главный клапан, который позволяет контролировать количество гема, которое животное видит и переваривает с пищей," Хамза объясняет.
C. elegans имеет несколько других преимуществ для изучения транспорта гема. Команда Хамзы могла контролировать количество гема, который ели черви. Имея только один клапан, контролирующий транспорт гема, ученые точно знали, где гем попадает в кишечник червя, где, как и у людей, он всасывается.
И C. elegans прозрачен, так что под микроскопом исследователи могли видеть движение гема, проглоченного червем.
Гены и дефицит железа
Исследование показало несколько результатов, которые могут привести к новому лечению дефицита железа. Одним из них было открытие, что гены участвуют в транспорте гема. Группа Хамзы обнаружила, что гены HRG-1, общие для людей и C. elegans, были важными регуляторами переноса гема в червях.
Чтобы проверить свои выводы на животном, которое производит кровь, команда Хамзы удалила ген HRG-1 у рыбок данио. У рыб развились дефекты костей и мозга, похожие на врожденные дефекты. Удаление гена также привело к тяжелой форме анемии, обычно вызванной дефицитом железа.
Когда они заменили ген рыбки данио геном червя HRG-1, мутантная рыба вернулась к нормальному состоянию, что указывает на то, что гены рыбы и червя взаимозаменяемы, независимо от способности животного производить кровь.
Они также обнаружили, что слишком мало или слишком много гема может убить C. elegans, результат, который может помочь исследователям найти способы лечения людей, страдающих дефицитом железа, вызванным паразитическими червями.
"Более двух миллиардов человек заражены паразитами," говорит Хамза. "Анкилостомы съедают у хозяев огромное количество гемоглобина и гема. Если мы сможем одновременно понять пути транспорта гема у людей и червей, мы сможем использовать гены транспорта гема для доставки лекарств, замаскированных под гем, для избирательного уничтожения паразитов, но не причинения вреда хозяину."
Ссылка: Nature paper www.природа.com / nature / journal / … абс / природа06934.html
Источник: Мэрилендский университет