Kit perbaikan dapat bergerak untuk membantu memperbaiki kerusakan oksidatif di pabrik protein

Dalam sebuah penemuan mendasar untuk cara kerja sel bagian dalam, para ilmuwan telah menemukan bahwa jika stres oksidatif merusak pabrik protein yang disebut ribosom, kit perbaikan dapat bergerak untuk membantu memperbaiki kerusakan sehingga pekerjaan dapat dilanjutkan dengan cepat.

Penemuan itu terungkap Jumat di jurnal sel molekulerIni dapat berimplikasi pada kanker, proses penuaan, dan pertumbuhan dan perkembangan, kata penulis utama studi tersebut, ahli biologi molekuler Katrin Karpstein, PhD, profesor di UF Scripps Herbert Wertheim Institute for Innovation and Biomedical Technology.

Secara harfiah lebih dari setengah massa semua sel memiliki ribosom. Jika Anda tidak memiliki cukup ribosom, atau tidak berfungsi dengan baik, protein tidak dibuat dengan benar, dan ini dapat menyebabkan semua penyakit ini. Kita tahu bahwa cacat pada mesin ribosom ditemukan di semua sel kanker, misalnya.”

Katrin Karpstein, Ph.D., Profesor, Herbert Wertheim UF Scripps Institute for Innovation and Biomedical Technology

Pada manusia, satu sel mungkin memiliki 10 juta ribosom yang terbang menjauh, menyusun protein yang ditulis ke dalam gen, satu asam amino pada satu waktu. Sementara banyak hal dapat merusak mereka -; infeksi, radiasi ultraviolet, radiasi atau stres oksidatif -; Sel memiliki kemampuan luar biasa untuk melindungi diri mereka sendiri. Seringkali, barang yang rusak ditandai untuk dihancurkan, dicabik-cabik, dan didaur ulang. Namun, karena ribosom sangat penting sehingga keberadaannya dalam jumlah besar, menghancurkan setiap ribosom yang rusak menjadi masalah.

Dalam studi mereka, Karpstein dan rekannya menemukan metode alternatif, khusus untuk kerusakan akibat stres oksidatif. Stres oksidatif terjadi dalam sel ketika molekul oksigen yang sangat reaktif yang dihasilkan oleh metabolisme energi harus menemukan tempat yang stabil untuk mendarat. Situs stabil ini sering ditemukan di dalam protein. Pengenalan kelebihan oksigen dapat mengubah dan merusak molekul reseptor. Dalam kasus ribosom, itu benar-benar dapat menghentikan aksi pembentukan protein.

Para ilmuwan telah menemukan bahwa ribosom memperbaiki kerusakan yang tidak diinginkan ini dengan molekul penolong, yang bertindak seperti pendamping, mengawal bagian yang rusak menjauh dari sel. Kerusakan dengan cepat diperbaiki, dan ribosom bekerja kembali. Sel dengan demikian menghindari proses yang lebih intens karena harus memecah dan menyusun kembali ribosom yang sama sekali baru, dan risiko kehilangan kumpulan ribosom secara tiba-tiba.

“Biasanya ketika protein dipecah, sel hanya memecahnya. Ribosom adalah kompleks RNA dan protein yang sangat besar, jadi mungkin jika beberapa bagian rusak Anda tidak ingin membuang semuanya,” kata Karpstein. “Ini seperti mengganti ban kempes daripada membeli mobil baru.”

Biokimia mendorong prosesnya. Molekul asam amino sistein di ribosom sering menjadi penerima molekul oksigen radikal bebas ini. Kerusakan oksidatif cukup mengubah mereka sehingga jika molekul pendamping berada di dekatnya, mereka akan lebih memilih untuk melepaskan diri dari ribosom dan mengikat daripada pendamping. Saat mereka keluar dari ribosom, asam amino yang tidak rusak pindah ke tempat yang semestinya, memperbaiki kerusakan dan memulihkan produksi protein.

Studi biokimia dimungkinkan oleh penemuan dari laboratorium ahli kimia Kit Carroll, Ph.D., juga di Institut UF Scripps Wertheim. Laboratorium Carroll mengembangkan reagen dan proses khusus untuk memantau kerusakan oksidatif pada sistein asam amino.

Penulis pertama makalah ini adalah seorang peneliti postdoctoral di lab Karbstein Yoon-Mo (Jason) Yang, Ph.D. Sementara penemuan itu dilakukan pada ragi, kata Yang, sistem perbaikan ribosom ini tampaknya dilestarikan oleh banyak spesies, termasuk manusia. Studi tentang neuron manusia telah menyarankan fenomena serupa, misalnya.

“Semua makhluk hidup mengalami stres oksidatif, jadi kerusakan protein terjadi pada semua makhluk hidup,” kata Yang. “Kami menduga bahwa mekanisme perbaikan ribosom terjadi pada setiap organisme, termasuk manusia.”

Ke depan, para ilmuwan memiliki beberapa pertanyaan untuk dikejar: Mereka telah menemukan dua sahabat; apakah masih ada lagi? Banyak antibiotik menonaktifkan ribosom, jadi apakah mekanisme perbaikan pada bakteri membantu mereka menghindari antibiotik? Sel-sel ragi yang kekurangan pendamping tumbuh dengan buruk dan tampak kurang bugar, jadi bisakah hal ini memengaruhi penuaan, pertumbuhan, dan perkembangan? Ini hanya beberapa pertanyaan yang muncul dari penemuan ini, kata Karpstein.

“Saya sedang memikirkan bagaimana ini diterjemahkan ke dalam model penuaan,” kata Karpstein. “Ini seperti mengisi teka-teki. Anda memiliki potongan ini, lalu potongan lainnya, dan kemudian Anda berkata, ‘Oh, begitulah cara semua potongan itu bersatu.'” Jadi, ada banyak potongan yang bisa ditemukan.