نقشه پروتئین نشان می دهد که چگونه گلبول های قرمز خون به سرعت با اکسیژن کم سازگار می شوند

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

دانشمندان شبکه پروتئینی پنهان را ترسیم می کنند که به گلبول های قرمز خون کمک می کند تا با اکسیژن سازگار شوند

آنها تقریبا 83 درصد از کل سلول‌های بدن انسان را تشکیل می‌دهند، با این حال گلبول‌های قرمز خون معمولا کمی بیشتر از کیسه‌های هموگلوبین هستند که اکسیژن را از ریه‌ها به قلب و فراتر از آن می‌رسانند. اما تحقیقات جدید دانشگاه کلرادو Anschutz نشان می دهد که آنها بسیار پیچیده تر هستند و پیامدهای گسترده ای برای سلامتی، ورزش و تناسب اندام دارند.

در مطالعه‌ای که امروز در Blood منتشر شد، دانشمندان 3775 پروتئین را در گلبول‌های قرمز بالغ انسان فوق‌العاده خالص شناسایی کردند - بیش از سه برابر تخمین‌های مربوط به 15 سال پیش - و هزاران تعامل فیزیکی را بین آنها ترسیم کردند و شبکه‌ای پویا را آشکار کردند که با کاهش سطح اکسیژن به سرعت سازگار می‌شود.

این یافته‌ها بینش جدیدی را در مورد نحوه واکنش بدن به اکسیژن کم در طول قرار گرفتن در معرض ارتفاع بالا و ورزش‌های شدید، و همچنین در طول هیپوکسی پاتولوژیک، از جمله از دست دادن شدید اکسیژن که می‌تواند پس از ضربه و شوک هموراژیک رخ دهد، ارائه می‌دهد.

آنجلو دیالساندرو، نویسنده ارشد این مطالعه، استاد بیوشیمی و ژنتیک مولکولی در CU Anschutz، می گوید: «گلبول های قرمز بسیار پیچیده تر از آن چیزی هستند که قبلا تصور می شد. آنها هیچ هسته ای ندارند و نمی توانند ژن ها را روشن یا خاموش کنند تا پروتئین های جدید بسازند. با این حال هر چند ثانیه یک بار بین محیط های غنی از اکسیژن و فقیر اکسیژن حرکت می کنند و باید تقریبا فورا خود را تطبیق دهند. مطالعه ما نشان می دهد که آنها این کار را تا حدی با سازماندهی مجدد پروتئین هایی که از قبل دارند انجام می دهند.

مرکز این شبکه حساس به اکسیژن، باند 3، فراوان ترین پروتئین در غشای گلبول قرمز است. محققان یک تعامل ناشناخته قبلی بین باند 3 و بیلی‌وردین ردوکتاز B یا BLVRB کشف کردند که تغییرات غشای سلولی را به ماشین‌های متابولیک درون آن متصل می‌کند.

هنگامی که سطح اکسیژن کاهش یافت، تقریبا یک سوم از برهمکنش‌های پروتئین نقشه‌برداری شده بازسازی شدند. اتصال بین باند 3 و هموگلوبین بدون اکسیژن تقریبا سه برابر افزایش یافت، در حالی که متابولیسم گلوکز تغییر کرد و تولید 2،3-BPG افزایش یافت. این مولکول چسبندگی هموگلوبین بر اکسیژن را کاهش می دهد و به گلبول های قرمز خون کمک می کند تا اکسیژن را به بافت هایی که بیشتر به آن نیاز دارند آزاد کنند.

این یافته‌ها ممکن است به توضیح چگونگی تنظیم گلبول‌های قرمز خون هنگام سفر یا زندگی در ارتفاعات بالا کمک کند، جایی که سطح اکسیژن پایین‌تر است.

گلبول‌های قرمز خون در طول قرار گرفتن در ارتفاع بالا 2،3-BPG را افزایش می‌دهند و به جبران کاهش در دسترس بودن اکسیژن کمک می‌کنند. مطالعه جدید بخشی از ماشین آلات مولکولی را شناسایی می کند که ممکن است این پاسخ را هماهنگ کند.

برای آزمایش اینکه آیا این مکانیسم در یک موجود زنده اهمیت دارد یا خیر، محققان از مدل‌های حیوانی استفاده کردند که فاقد ناحیه N-ترمینال پاسخ‌دهنده به اکسیژن باند 3 بودند. گلبول‌های قرمز خون آن‌ها دیگر نمی‌توانستند پاسخ متابولیک طبیعی به اکسیژن کم را ایجاد کنند و آنها در ظرفیت ورزش اختلال نشان دادند.

تحقیقات قبلی نشان داده است که گلبول های قرمز خون باعث افزایش تولید 2,3-BPG در طول قرار گرفتن در ارتفاعات می شود. مطالعه جدید یک سیستم مولکولی را شناسایی می کند که ممکن است به هماهنگ کردن این پاسخ کمک کند.

اگرچه محققان به طور مستقیم ورزشکاران یا افرادی را که با ارتفاعات سازگار می شوند مورد مطالعه قرار ندادند، یافته ها نشان می دهد که توانایی گلبول های قرمز خون برای سازماندهی سریع متابولیسم خود به ظرفیت بدن برای عملکرد در زمانی که اکسیژن محدود می شود کمک می کند.

این مطالعه نشان داد در حالی که گلبول‌های قرمز بالغ هسته ندارند و نمی‌توانند با تولید پروتئین‌های جدید به تغییرات محیطی پاسخ دهند، اما می‌توانند با سازماندهی مجدد و اصلاح پروتئین‌هایی که از قبل دارند پاسخ دهند.

D'Alessandro گفت: "آنچه ما می بینیم سلولی است که بدون ساخت پروتئین های جدید سازگار می شود." فعل و انفعالات پروتئین به شکلی از تنظیم سریع بیولوژیکی تبدیل می شود.

محققان لایه دیگری از این پاسخ شامل اکسید نیتریک یا NO را کشف کردند که به تنظیم عملکرد عروق خونی کمک می کند. BLVRB به عنوان یک رله مولکولی عمل می کند و یک سیگنال شیمیایی مشتق از NO را به آنزیم دیگری که بلافاصله سنتز 2،3-BPG را تنظیم می کند، منتقل می کند و به تغییر مسیر نحوه استفاده سلول از گلوکز در هنگام کاهش سطح اکسیژن کمک می کند. قابل توجه است که گیاهان به طور مستقل تکامل یافته اند تا اساسا از همان کلید برای تولید مولکول هایی استفاده کنند که فتوسنتز را تنظیم می کنند.

داالساندرو گفت: «دیدن همان استراتژی شیمیایی اساسی که در چنین اشکال دوردستی از زندگی استفاده می شود، شگفت انگیز است. "در یک گلبول قرمز، به متابولیسم کمک می کند تا به اکسیژن در حال تغییر پاسخ دهد. در یک گیاه، به تغییر مسیر کربن به سمت فتوسنتز کمک می کند. به نظر می رسد تکامل بارها از همان سوئیچ مولکولی برای انطباق متابولیسم با تغییرات در گازهای اطراف استفاده کرده است."

درک این مکانیسم‌ها ممکن است به محققان کمک کند تا تفاوت‌ها را در سازگاری با ارتفاع بالا، عملکرد ورزشی و آسیب‌پذیری در برابر تجزیه گلبول‌های قرمز بهتر درک کنند. همچنین می تواند بینش جدیدی در مورد ذخیره سازی و انتقال خون ارائه کند.

محققان پایگاه داده دقیق پروتئین گلبول های قرمز خون خود را به نام Deep Red در دسترس عموم قرار داده اند تا به دانشمندان دیگر در بررسی این مکانیسم ها کمک کنند.

Aaron V. Issaian و همکاران، پروتئوم و اینتراکتوم گلبول قرمز یک محور Band 3-BLVRB را که سازگاری متابولیک هیپوکسیک را تنظیم می کند، خون (2026) شناسایی می کند. DOI: 10.1182/blood.2025032915

لوسیا دی فرانچسکی و همکاران، یک محور جدید باند 3-BLVR در گلبول های قرمز خون، خون (2026). DOI: 10.1182/blood.2026034780

دکتری مهندسی نانو از دانشگاه دلفت. محقق منتشر شده و داور مجلات. بینش علمی را به استانداردهای محتوا می رساند. نمایه کامل →