Всем живым существам, включая людей, необходим цинк в рационе. Недостаток этого важного металла может нарушить рост и вызвать иммунную дисфункцию, неврологические расстройства и рак. К сожалению, более 17% населения мира подвержены риску дефицита цинка. Всемирная организация здравоохранения считает такого рода недостаточность микронутриентов одной из главных причин заболеваний и смертности.
После еды цинк поглощается клетками вашего организма. Внутри каждой клетки цинк связывается с белками, поддерживая их структуру и функцию. Исследователи подсчитали, что до 10% всех белков нуждаются в цинке для правильной работы. В этом смысле цинковый белок без цинка подобен автомобилю без двигателя или без винтов, скрепляющих его детали: он либо не будет работать, либо полностью развалится.
Несмотря на важность цинка для здоровья человека, некоторые аспекты его участия в клеточных процессах до конца не изучены, в том числе то, как он изначально встраивается в белки, необходимые для функционирования клеток.
Будучи исследователями, изучающими, как металлы работают в биологических системах, таких как человеческое тело, мы хотели понять, как цинк распределяется внутри клетки. Какие белки в клетке получают цинк в первую очередь, особенно если его не хватает на всех? Как цинк попадает к этим важным белкам?
Вместе с нашими коллегами из лаборатории Скаара в Медицинском центре Университета Вандербильта и лаборатории Гидрока в Университете Индианы в 2022 году мы идентифицировали первую известную молекулу, которая доставляет цинк к важнейшим белкам.
Доставка цинка туда, где он нужен
Мы начали с изучения молекул, которые клетка производит, когда уровень цинка низок. Одно семейство белков показалось нам особенно интересным, поскольку выглядело как потенциальный металлошаперон — белок, который избирательно вставляет металлы, такие как цинк и железо, в другие белки. Мы назвали это семейство белков ZNG1.
Как оказалось, все позвоночные имеют ген, который дает клеткам команду производить ZNG1. Хотя ZNG1 взаимодействует с несколькими белками, связывающими цинк, один из них, белок под названием METAP1, привлек наше внимание. Известно, что METAP1 активирует многие другие важные белки внутри клетки. Клетки без функционирующих белков METAP не могут выжить.
METAP1 заинтриговал нас, потому что он взаимодействует с белками ZNG1 у разных видов — среди них рыбы данио, мыши и люди. Это открытие позволяет предположить, что связь между этими двумя белками сохранялась на протяжении более 400 миллионов лет эволюции, а это означает, что поддерживающая роль ZNG1 в функции METAP1 важна для всех организмов, производящих эти белки.
Чтобы изучить роль ZNG1 в здоровье животных, мы мутировали ген, кодирующий ZNG1, у мышей и рыб данио. Когда животные без ZNG1 были лишены цинка, они либо переставали расти, либо демонстрировали дефекты развития. Хотя в организмах животных все еще оставались следовые количества цинка, они не могли использовать его правильно. Это подтвердило, что ZNG1 помогает METAP1 функционировать должным образом, вероятно, способствуя его связыванию с цинком или его использованию.
Используя молекулярную визуализацию и другие методы, мы также заметили, что энергопроизводящие митохондрии клеток мышей, лишенных цинка и не имеющих работающих белков ZNG1, функционировали неправильно. Это подчеркивает важность ZNG1 в периоды дефицита цинка: он помогает клетке распределять следовые количества этого важного металла к митохондриям и, в конечном счете, поддерживать клеточное производство энергии.
ZNG1 может быть ключом к решению проблемы дефицита цинка
Мы считаем, что это исследование — лишь первый шаг к лучшему пониманию того, как цинковые металлошапероны поддерживают здоровье и клеточную функцию, когда уровень цинка низок.
Мы выдвигаем гипотезу, что ZNG1 поддерживает функцию дополнительных цинк-зависимых белков в клетке. Таким образом, ZNG1 был бы привратником, который распределяет цинк по сети важнейших белков, в конечном итоге позволяя организму выживать, даже если пищевого цинка недостаточно.
Это исследование открывает путь к пониманию того, как клетки используют цинк в периоды недоедания или дефицита цинка. Дальнейшие исследования белков, которым ZNG1 преимущественно отдает цинк, когда его недостаточно, могут помочь определить, какие клеточные процессы наиболее важны для поддержания жизни в условиях ограниченного цинка. Это, в свою очередь, может помочь в борьбе с негативными последствиями дефицита цинка для здоровья.
Эта статья перепечатана из The Conversation, некоммерческой независимой новостной организации, которая предоставляет факты и надежный анализ, чтобы помочь вам разобраться в нашем сложном мире. Она была написана: Энди Вайс, Университет Вандербильта и Кейтлин Мердок, Университет Вандербильта
Читать далее:
Изменение климата сделает рис менее питательным, подвергая риску миллионы бедных людей в мире
То, что вы едите, может перепрограммировать ваши гены — эксперт объясняет новую науку нутригеномику
Витамин D укрепляет кости и поддерживает барьерную функцию кишечника, а также выполняет множество других важных функций, но многим детям его не хватает
Энди Вайс получает финансирование от стипендии Американской кардиологической ассоциации для постдокторантов и стипендий T32 и F32 Национальных институтов здравоохранения.
Кейтлин Мердок получает финансирование от стипендий T32 и F32 Национальных институтов здравоохранения