Новое исследование рисует динамическую картину того, как мы реагируем на высокий или низкий уровень кислорода.

Достаточно лишь немного задержать дыхание, чтобы понять, что слишком мало кислорода вредно для вас. Но может ли у вас быть слишком много? Действительно, вдыхание воздуха с более высоким уровнем кислорода, чем необходимо вашему организму, может вызвать проблемы со здоровьем или даже смерть.

Но из-за скудных исследований по этой теме ученые мало что знают о том, как организм воспринимает слишком много кислорода. Новое исследование Института Гладстона значительно расширило научные знания о действующих механизмах и о том, почему это важно для здоровья.

Их выводы, сообщил в журнале Достижения науки, объясните, как вдыхание воздуха с разным содержанием кислорода — от слишком малого до достаточного или слишком большого — влияет на создание и распад различных белков в легких, сердце и мозге мышей. Примечательно, что исследование также выявило особый белок, который может играть центральную роль в регуляции реакции клеток на гипероксию.

«Эти результаты имеют значение для многих различных заболеваний», — говорит помощник исследователя Гладстона Иша Джайн, доктор философии, старший автор нового исследования. «Более 1 миллиона человек в США дышат дополнительный кислород каждый день по медицинским показаниям, и исследования показывают, что в некоторых случаях это может ухудшить ситуацию. Это лишь один из случаев, когда наша работа начинает объяснять, что происходит и как реагирует тело».

Понимание эффектов кислорода

Большинство предшествующих исследований по уровень кислорода исследовал молекулярные эффекты недостатка кислорода. И даже в этой области основное внимание уделялось тому, как низкий уровень кислорода влияет на то, какие гены включаются или выключаются.

«Наше исследование выходит на неизведанную территорию, используя мышей и изучая экспрессию генов, при которой белки аномально накапливаются или разрушаются в ответ на различные концентрации кислорода», — говорит Кирстен Сюэвен Чен, первый автор новой статьи и аспирант Калифорнийского университета в Сан-Франциско.

Исследование основано на предыдущей работе команды, которая показала, что в ответ на избыток кислорода некоторые белки, содержащие кластеры железа и серы, деградироватьчто приводит клетки к неисправности.

«Теперь мы хотели получить более динамичную картину того, как белки регулируются, когда уровень кислорода слишком высок или слишком низок», — говорит Чен.

Для этого команда подвергала мышей в течение нескольких недель воздействию воздуха с уровнем кислорода 8 процентов, 21 процент (обычный уровень, которым мы дышим в атмосфере Земли) или 60 процентов. Тем временем они давали мышам пищу, содержащую особую форму азота, которую организм животных включил в новые белки. Этот изотоп азота действовал как «метка», которая позволила исследователям рассчитать скорость оборота белка — баланс между синтезом и деградацией белка — для тысяч различных белков в легких, сердце и мозге.

«Мы благодарны нашим сотрудникам, которые являются экспертами в этом методе, известном как мечение аминокислот стабильными изотопами у мышей», — говорит Джайн. «Без этого мы не смогли бы провести это исследование».

Ключевой белок накапливается

Исследователи обнаружили, что уровень кислорода более сильно влияет на белки в легких мышей, чем на сердце или мозг. Они идентифицировали определенные белки с аномальной скоростью оборота. phys.org/news/2023-03-oxygen-c … ls-tissues.htmlпод условия с высоким или низким содержанием кислорода.

Их внимание привлек один конкретный белок, который накапливался в условиях высокого содержания кислорода, MYBBP1A. MYBBP1A является регулятором транскрипции, то есть напрямую влияет на экспрессию генов.

«Это привлекло наше внимание, поскольку предыдущие исследования показали, что другие факторы транскрипции, называемые факторами, индуцируемыми гипоксией, или HIF, играют большую роль в реакции клеток на низкий уровень кислорода», — говорит Чен. «Наша работа номинирует MYBBP1A на соответствующую роль в передаче сигналов гипероксии».

MYBBP1A участвует в производстве рибосом — клеточных «машин», которые строят белки. Дальнейшие эксперименты выявили, что в ответ на высокий уровень кислорода накопление этого белка в легких может влиять на выработку рибосомальной РНК, ключевого компонента рибосом.

Команда Джайна сейчас изучает точную молекулярную роль MYBBP1A во время гипероксии, в том числе, является ли его реакция защитной или вредной. Эта работа может заложить основу для новых методов лечения, нацеленных на белок MYBBP1A или связанные с ним молекулы, позволяющие противодействовать вредным последствиям гипероксии — аналогично широкомасштабным исследованиям, нацеленным на белки HIF в условиях низкого содержания кислорода.

Новое исследование представляет первый в своем роде набор данных белок скорости обновления в различных тканях мышей, подвергшихся воздействию разных уровней кислорода. Команда надеется, что ее результаты вдохновят других исследователей на дальнейшее изучение последствий слишком большого или слишком малого количества кислород на организм, что может изменить способ лечения болезней.