W każdej minucie każdego dnia nasze ciało dostosowuje się do potrzeb każdej chwili. Kiedy objadamy się węglowodanami, ćwiczymy lub chorujemy, reakcje chemiczne w naszych komórkach włączają się, zwalniają lub zmieniają strategię, dzięki czemu mamy potrzebną energię i siłę.
Wszystko to dzieje się bez naszej wiedzy, być może wyjaśniając, dlaczego tak mało wiemy o tym, jak ciało wyczuwa i reaguje na te ciągłe wymagania. Poszukując odpowiedzi na to pytanie, naukowcy z University of Utah Health prowadzili badania, które otwierają zupełnie nowy świat w naszych komórkach. Ich badanie, opublikowane w Science, odkrywa rozległą sieć interakcji, które sugerują, w jaki sposób komórki dostosowują się w czasie rzeczywistym, aby wytrzymać obciążenia dla naszego zdrowia.
„Odkrywamy, w jaki sposób natura ewoluowała, aby„ odurzać ” własne białka i szlaki” – mówi dr Jared Rutter, wybitny profesor na Wydziale Biochemii Uniwersytetu Utah i autor korespondujący z badaniem. „Podążając za naturą, uczymy się, jak tworzyć lepsze terapie”.
Te odkrycia – i technologia, która je umożliwiła – stały się podstawą firmy biotechnologicznej Atavistik Bio, której współzałożycielem jest Rutter. Firma wykorzystuje tę nową wiedzę, aby przyspieszyć odkrywanie leków na choroby metaboliczne i raka.
Rutter mówi, że na bardziej podstawowym poziomie postęp pogłębia wiedzę o tym, jak działają komórki i nasze ciała.
Nowa granica
Sieć opisana w badaniu reprezentuje niedocenianą warstwę regulacji w komórkach, która pochodzi z nieoczekiwanego źródła. Przez prawie 20 lat laboratorium Ruttera badało metabolizm, reakcje chemiczne, które wytwarzają energię i budują niezbędne składniki, aby komórki działały płynnie. Ich nowe badania wykazały, że produkty pośrednie tych reakcji chemicznych są czymś więcej niż pasywnymi elementami budulcowymi i źródłami paliwa dla komórek, jak od dawna sądzono.
Zamiast tego te produkty pośrednie, wraz z innymi metabolitami, tworzą rozległą sieć strażników, którzy monitorują środowisko i zachęcają komórki do przystosowania się w razie potrzeby. Robią to poprzez interakcję z białkami i modyfikację ich działania. Czy duży posiłek pompuje zbyt wiele węglowodanów w organizmie? Albo za dużo tłuszczu? Podobnie jak zwrotnica kolejowa, która kieruje pociąg na nowy tor, te interakcje białko-metabolit zmieniają operacje metaboliczne, aby rozbić te składniki odżywcze i ustabilizować kurs.
Pierwszy autor badania, dr Kevin Hicks, opracował nową technologię, zwaną MIDAS, która ujawnia ogrom sieci regulacyjnej, która działa jako interfejs między sygnałami środowiskowymi a metabolizmem komórkowym, zwaną interaktomem białko-metabolit. Ta wysoce czuła technika zidentyfikowała interakcje, których nigdy wcześniej nie widziano. Analiza 33 ludzkich białek zaangażowanych w przekształcanie węglowodanów w paliwo wykazała 830 interakcji z metabolitami. Biorąc pod uwagę, że w komórce znajdują się tysiące białek, przewiduje się, że pełna skala sieci będzie znacznie większa.
“To zaskakujące, jak mało wiemy o zakresie tych interakcji” – mówi Hicks. „Popychamy nasze rozumienie sieci biologicznej w nowych kierunkach”.
Procesy metaboliczne, które ulegają wykolejeniu, mogą prowadzić do chorób i chorób. Rutter i Hicks twierdzą, że rzucenie światła na dodatkowe interakcje w sieci doprowadzi do lepszego zrozumienia pierwotnych przyczyn chorób – i opracowania nowych podejść terapeutycznych, które pozwolą przywrócić wszystko na właściwe tory.