过多的氧气会损害细胞和组织

当谈到氧气,可以有太多的好事。呼吸空气含有较高水平的氧气比通常的21%地球大气层中发现会导致器官损伤,癫痫,在人和动物甚至死亡,尤其是如果它是超过身体的氧气需求。然而,直到现在,科学家们推测这一现象背后的机制,称为氧中毒,或氧过多。

现在,格莱斯顿研究所的研究人员已经发现了多余的氧气如何改变少数细胞的蛋白质,含有铁和硫化物摄化学过程类似于铁的生锈。反过来,那些“生锈”蛋白质引起一连串的事件,损害细胞和组织。研究结果,发表在《华尔街日报》分子细胞,对环境产生影响,如心脏病发作和睡眠呼吸暂停。

“这项研究让我们建立一个非常具体的时间表在氧过多会发生什么,”格莱斯顿助理研究员说Isha Jain博士新研究的资深作者。“结果不是我们所期望的,但它很有趣和令人兴奋的现在知道这一系列事件的展开。”

一个替代的问题

在高水平,氧气是有毒的所有形式的生命,从细菌和植物,动物和人。当然,并不是足够的氧气也是致命的;有一个中间,“金发姑娘”下,大多数地球上的生命thrives-not太多,而不是太少。

当临床医生长期以来研究氧气短缺如何影响细胞和组织的细节(例如,在心脏病发作和中风),多余的氧气相对可以理解的影响。

“多年来,医学教学是,在某种程度上,更多的氧气是更好的,或者至少是良性的,当治疗患者的疾病,如心脏病,”艾伦Baik说,医学博士,博士后学者在耆那教的实验室和加州大学旧金山分校的心脏病专家。“但现在已经有越来越多的临床研究表明,过量的氧气实际上导致了更糟糕的结果。这让我们更好地理解为什么多余的氧气可能有毒。”

最近的研究显示,例如,呼吸太多补充氧气可能不利于心脏病患者和早产儿。同样,在阻塞性睡眠呼吸暂停,氧气的突然爆发,呼吸暂停,已经被证明是一个关键组成部分的障碍增加患者的慢性健康问题的风险。

不过,这些影响的机制仍不清楚。许多研究人员认为活性氧species-unstable和高度活性氧的衍生品会损害我们的基因组和许多分子细胞则会扮演了一个角色在氧过多,但是几乎没有证据证明过量的氧气是如何影响特定的酶和途径。

CRISPR如何找到答案吗

耆那教徒的包括勒Baik,博士后Galih Haribowo,博士和研究生克里斯汀•陈Xuewen co-first新找到的基因组编辑技术的作者CRISPR测试氧过多的各种基因的角色。

通过CRISPR,研究者,一次一个,超过20000种不同的基因从人类细胞生长在实验室,然后比较每组细胞的生长在21%氧气和50%的氧气。

“这种公正的屏幕让我们调查的贡献成千上万的不同途径氧过多而不仅仅是关注那些我们已经怀疑可能是参与,”Jain说,是谁还在加州大学旧金山分校生物化学助理教授。“这使我们对分子从未说过在同一个句子氧中毒。”

四分子途径站在屏幕参与氧过多的影响。他们不同的细胞功能相关的包括受损DNA的修复,生产新的DNA构建块,细胞能量的生成。

蛋白质集群共同之处

首先,团队无法确定这四个途径有什么共同点,为什么他们都受到高氧含量的影响。用了一些分子侦查发现,每个通道都有一个关键蛋白质,含有铁原子与硫atoms-so-called“iron-sulfur集群”——它的分子结构。

研究者表明,在30%的氧气,iron-sulfur集群的四个蛋白成为oxidized-they与氧气发生化学反应—改变导致蛋白质降解。因此,细胞停止正常,消耗更少的氧气,导致氧含量进一步增加周围组织。

“一个重要结论是,氧过多不是仅仅通过活性氧影响细胞和组织,许多人都认为,“Jain说。“这意味着使用抗氧化剂可以对抗活性氧某种程度上是不太可能足以防止氧中毒。”

参考:陈Baik啊,Haribowo AG), X, et al .氧中毒导致循环损伤通过不稳定的具体Fe-S包含蛋白质复合物。摩尔细胞。2023年。doi:10.1016 / j.molcel.2023.02.013。

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