馬里蘭大學(xué)和美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)的科學(xué)家們首次發(fā)現(xiàn)了一種信號系統(tǒng)，動物體內(nèi)的器官可以通過它來傳達(dá)血紅素需要，氧氣運(yùn)輸所需的含鐵環(huán)以及許多其他必需品。生物過程。

這是馬里蘭大學(xué)動物和禽類科學(xué)教授伊克巴爾·哈姆扎及其團(tuán)隊(duì)的最新研究成果，其中填寫了關(guān)于動物如何優(yōu)先考慮和分配血紅素需求以及安全地在體內(nèi)移動的難題中的關(guān)鍵部分。

通過將有毒的鐵封入保護(hù)性分子籠中，血紅素可以使生物體利用鐵的生命能力與氧氣和其他氣體結(jié)合。血紅素是最有名的血紅蛋白的一個關(guān)鍵組成部分，在載氧的蛋白質(zhì)的紅血細(xì)胞。然而，血紅素以其他血紅素蛋白的形式，也參與其他關(guān)鍵的生物過程，如細(xì)胞內(nèi)的能量轉(zhuǎn)移，肌肉形成，免疫系統(tǒng)和晝夜節(jié)律(內(nèi)部)時鐘功能。因此，維持穩(wěn)態(tài)血紅素水平對人類和其他動物非常重要。

在Nature Cell Biology，Hamza，UMD和NIH共同作者發(fā)表的一篇新論文中，展示了蛔蟲(秀麗隱桿線蟲)中的器官如何使用以前未知的具有兩個組成部分的系統(tǒng)來傳達(dá)其血紅素狀態(tài)。研究小組將第一個成分確定為HRG-7，一種從蠕蟲腸道分泌的酶，將腸道中的血紅素水平傳遞給其他組織。他們發(fā)現(xiàn)HRG-7血紅素信號傳導(dǎo)受到神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的第二種成分的相互調(diào)節(jié)，這是一種稱為BMP-5的信號物質(zhì)，它與HRG-7蛋白“握手”，允許雙向傳遞有關(guān)血紅素的信息。腸和其他組織之間的水平。

UMD農(nóng)業(yè)與自然資源學(xué)院教授哈姆扎說：“一個長期存在的模式是動物體內(nèi)??的細(xì)胞以血紅素負(fù)荷生存和死亡，不會在細(xì)胞和器官之間運(yùn)輸血紅素。”根據(jù)這種范例，組織僅通過在單個細(xì)胞內(nèi)制作它們來滿足它們的血紅素要求。“這些細(xì)胞使用來自環(huán)境的鐵或來自血紅蛋白或其他血紅蛋白分解的鐵 - 通過復(fù)雜的八步合成過程從頭開始構(gòu)建新的血紅素分子。”

然而，Hamza和他的團(tuán)隊(duì)表示他們在簡單蛔蟲中進(jìn)行血紅素水平組織間通信的新發(fā)現(xiàn) - 與其他研究人員的最新研究結(jié)果一起證明血紅素本身可以作為確定某些細(xì)胞類型命運(yùn)的信號分子 - 表明動物通過組織串?dāng)_和在它們之間重新利用血紅素來維持血紅素的最佳組織水平。實(shí)際上，器官使用細(xì)胞內(nèi)合成和來自鄰近細(xì)胞和組織的環(huán)境血紅素的轉(zhuǎn)運(yùn)來維持血紅素穩(wěn)態(tài)。

研究人員在他們的論文中指出，對于這種新發(fā)現(xiàn)的HRG-7介導(dǎo)的信號通路的每個組成部分，有證據(jù)表明人類和其他脊椎動物中存在同源組分。他們說：“可以想象，人類可能存在類似的......信號通路，以調(diào)節(jié)鐵和血紅素的代謝。”

血紅素發(fā)現(xiàn)的歷史

這一最新發(fā)現(xiàn)建立在Hamza領(lǐng)導(dǎo)的一系列先前研究的基礎(chǔ)之上。這包括研究發(fā)現(xiàn)蛔蟲使用HRG-1蛋白質(zhì)運(yùn)輸?shù)剿麄兊哪c道中的血紅素從他們所居住的土壤中的蠕蟲攝取的細(xì)菌中獲得。和2013文件顯示，這同HRG1轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白允許人類回收超過500萬的紅血細(xì)胞每秒的脾臟和肝臟。Hamza及其同事在2011年的一篇關(guān)于Cell的論文中發(fā)現(xiàn)，蛔蟲有一種HRG-3蛋白用作細(xì)胞間血紅素伴侶，將血紅素從母體輸送到胚胎。

Hamza在2003年開始嘗試揭開血紅素轉(zhuǎn)運(yùn)的秘密。在傳統(tǒng)酵母和小鼠模型中研究了血紅素?cái)y帶蛋白質(zhì)的問題后，Hamza改用秀麗隱桿線蟲，一種不產(chǎn)生血紅素的動物，但是需要它來生存，甚至沒有血液，但共享一些對人體血液形成至關(guān)重要的基因。

根據(jù)Hamza及其同事的說法，這些“不流血的蠕蟲”對研究血紅素通訊和運(yùn)輸有很多好處。這些包括控制血紅素?cái)z取，操縱細(xì)胞內(nèi)血紅素水平和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和信號蛋白的基因表達(dá)的能力。而且，由于秀麗隱桿線蟲的皮膚是透明的，使用熒光示蹤劑和顯微鏡可以讓研究人員監(jiān)測整個活體動物的血紅素水平，血紅素運(yùn)輸和血紅素信號。