Стремясь понять, что влияет на продолжительность жизни, рак и старение, ученые строят дорожные карты для навигации и изучения клеток на молекулярном уровне.
Чтобы исследовать ранее неизведанную территорию, команда исследователей из UW-Madison создала «атлас», который отображает более 1500 уникальных ориентиров в митохондриях, которые могут служить ключом к метаболическим связям между ограничением калорий и старением.
Карта, а также методы, используемые для ее создания, могут привести к лучшему пониманию того, как метаболизм клеток происходит при некоторых раковых заболеваниях, связанных с возрастом заболеваниях и метаболических состояниях, таких как диабет.
«Это действительно динамический атлас для регулятивных точек в митохондриальной функции – есть много интересных направлений, которые могут наблюдать другие ученые», – говорит Джон Дену, профессор биомолекулярной химии Университета Висконсин-Мэдисон и руководитель темы эпигенетики в Институте Висконсина для обнаружения (WID). «Исследователи могут потребовать годы, чтобы понять, что все это значит, но по крайней мере сейчас у нас есть список самых важных игроков».
В предыдущих экспериментах было показано, что потребление меньше пищи увеличивает продолжительность жизни и продолжительность жизни в различных организмах, от дрожжей и мух до мышей и нечеловеческих приматов. Но определить, где и как калорийное ограничение влияет на клетки на молекулярном уровне, остается проблемой.
До настоящего времени митохондриальные белки, молекулы, которые управляют конкретными действиями в органной органе клетки, находятся в центре метаболического перепрограммирования.
Дену и его коллеги провели более ранние исследования митохондриального белка Sirt3, где они предложили связь между Sirt3 и преимуществами ограничения калорийности в таких ситуациях, как предотвращение возрастной потери слуха.
Новое исследование, опубликованное в выпуске журнала Molecular Cell от 29 ноября, более широко идентифицирует пути в митохондриях, которые могут быть за перестройкой метаболизма. Их работа выявила регуляторные процессы, которые поддерживают здоровье митохондрий, контролируют способность клеток к метаболизму жиров и аминокислот, а также стимулируют антиоксидантные реакции. Эта переработка включает в себя добавление или удаление двухуглеродных (ацетилирующих) химических групп в регуляторных молекулах, называемых белками.
В исследовании ученые рассматривали ткань печени из групп мышей – как с производством Sirt3, так и без него. Некоторые получали диету, ограниченную калорийностью, а некоторые – нет. Через год они сравнили изменения белка и ацетилирования среди групп мышей. Они обнаружили, что Sirt3 имеет важное значение для многих метаболических адаптаций, которые возникают при ограничении калорий. Эти результаты свидетельствуют о том, что терапия, включая диету или наркотики, которые улучшают функцию Sirt3, может обеспечить новые вмешательства, чтобы предотвратить возрастные заболевания.
Джошуа Кун, профессор химии и биомолекулярной химии в UW-Madison и соавтор статьи, разработал новую методику поиска этих молекулярных сайтов. Хотя геном играет ключевую роль в здоровье организма, он указывает, что изучение белков – молекулярных машин, которые выполняют оригинальные генетические инструкции организма – может быть более точным в выявлении того, как функционирует ген.
«Мы взяли десятки первичных тканей и обогатили их содержание белка глубиной, чтобы узнать, как они меняются», – говорит Кун. «Имея эту информацию, у нас есть прямые знания на молекулярном уровне о том, как организм имеет дело с адаптацией к рациону или, возможно, данным заболеванием».
Он говорит, что использование масс-спектрометрии для поиска ацетилированных белков из образцов тканей является более плодотворным подходом к выявлению соответствующих физиологических изменений. Исследование, по его словам, является одним из первых, которое создаст описательные карты для других моделей болезней.
Чтобы расширить доступ к этим благоприятным технологиям в университетском городке, в 2013 году Coon планирует запустить Висконсинский центр совместной борьбы с протеомикой. Центр получил значительную поддержку со стороны UW и ожидает дополнительной поддержки через федеральное финансирование.