A DEUTÉRIUM MOLEKULÁK KÖZÖTTI, MOLEKULÁKON BELÜLI ÉS SEJT-TEREKBEN LÁTOTT JELENTŐSEN ELTÉRŐ ELOSZLÁSA A BIOLÓGIAI ALKALMAZKODÁS IRÁNYÍTÓJA
(A kefelenyomat magyar nyelvű fordítását Dr. Guseo András ideggyógyász pszichiáter, idegkórszövettanász, az Orvostudomány kandidátusa ellenőrizte.) www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2412390121
A tumorsejtek palmitin zsírsavában a deutérium(2H; D) természetes bio-szintézis alatti csökkenése, a táptalaj vizéhez hasonlítva, könnyen megkülönbözteti a légzés alapú tápanyag égetést az erjedéstől (fermentáció), amint arról Maloney és munkatársai elegánsan beszámoltak (1). A sejtek fokozott növekedése figyelemre méltóan csökkentette a deutérium és a protium (2H/1H) zsírsavakban mért arányát, különösen a glicerint égető sejtekben, körülbelül 200‰-permillével (~125ppm). A szerzők arra a következtetésre jutottak, hogy az anyagcseretermékek 2H/1H arányai „az eukarióta anyagcsere közvetett (passzív) természetes nyomkövetőjeként” használhatók, amelyek jól kiegészítenek összetett (komplex) izotópos nyomkövető eljárásokat. A víz-és termék-izotópkémiai jelentősége nyilvánvaló, ami lehetővé teszi a rendszerszintű, illetve ami fontosabb, a működés (mechanizmus) szintjén való értelmezést azáltal, hogy a deutérium másodlagos (passzív) szerepéről a közvetlen (aktív) szerepre helyezzük a hangsúlyt az anyagcsere szabályozásában és az alkalmazkodás biológiájában.
Míg a zsírsavak a gyorsan osztódó sejtekben az extracelluláris vízzel szemben deutériumban szegényednek, egy másik természetes 2H nyomjelző vizsgálat kollagénben rendellenesen magas deutériumtartalmat mutatott ki, csak hogy újra fogalmazzuk a hidrogén kémiai tömegét biológiai rendszerekben (2). Figyelemre méltó, hogy szürke fókákból kivont kollagén (hidroxi-)prolin δ2H értékei körülbelül kétszer annyi deutériumot mutatnak, mint annak felső határa (~157ppm) a tengervízben. Ez legalább négyszer magasabb δ2H értéknek felel meg, mint az bármely korábban közölt biológiai mintában látható volt. Mivel a táplálkozást kizárták, mint az ilyen magas dúsulás lehetséges okát, úgy tűnik, hogy az evolució a deutériummal kapcsolatos szabályozási folyamatoktól függ egyes szubmolekuláris protonalagút esemény (reakció) architektúrákon keresztül, az azokkal egybeeső jelentős izotóp elkülönítő (frakcionálási) tulajdonságok miatt.
Vannak nyilvánvaló alkalmazkodási (adaptív) folyamatok: néhány ezek közül az ismert és a hagyományos biokémiából ered, míg mások még tisztázásra várnak a legújabb tanulmányokban közölt, a deutérium sejtterekben, molekulák közötti- és molekulákon belül mért jelentősen eltérő eloszlása és egyensúlyhiányos mintázata miatt. A vízhez viszonyított deutériumhiányos zsírsavprofil, amint arról Maloney és munkatársai (1) számoltak be osztódó eukarióta sejtekben, például a ribonukleozid-difoszfát-reduktáz (rNDP) aktivitását is nyomon követi. Ez történik a deutériumban gazdag dezoxiribonukleotidok képződése során 2H-jelölt glükózból a nyomjelzőből származó jelentős deutériumcsapdás metabolikus víztermelés okán (3, 4). A zsírsavak természetes deutérium-csökkenése lényegében ugyanígy történik és azonos enzimatikus csatornákat, útvonalakat érint. Ennek az az oka, hogy a kompartmentális vízzel kapcsolatos deuteron- és proton-alagutas reakciók a nem oxidatív pentóz-foszfát-függő nukleotid szintézis miatt (5, 6) készséggel korlátozzák a mitochondriális zsírsav-prekurzor (citrát) szintézisét gyorsan osztódó sejtekben.
A deuteronok felhalmozódásának oka (mechanizmusa) a csontkollagén bizonyos iminosavaiban, magasan a természetes átlagos óceáni deutériumtartalmom felett (2) egy másik példa, míg a válasz megadása jóval nagyobb kihívás. Ez a jelenség, amelyet a gyors vizi merüléshez fenotípusosan alkalmazkodó ragadozóknál figyeltünk meg, valószínűleg azonnali, reverzibilis, izomeráz reakciókat foglal magában, szelektív proton-alagutazással (7), a metabolikus vízprotonok nukleáris kvantum-destabilizációjával (8) és így jelentős deutérium-diszkriminációs tulajdonságokkal a hidrofób sejtes és mitochondriális nanoterekben (9).
Javasoljuk, hogy a deutenomikát, azaz a természetben rejlő folyamatosan működő (autonóm) hidrogénizotóp elkülönítő folyamatok tanulmányozását vezessék be a transzlációs kutatásba. Fontos meghatározni a belső kinetikus izotóphatások nagyságát, mivel ezek döntő fontosságúak a deutériumot hidrogéntől elkülönítő folyamatokban (frakcionálásában), mégis gyakran félreértelmezik ezeket. Nem szabad figyelmen kívül hagyni az emberi deutenomot sem, mint a biológiai reakciókoordináták kialakításának közvetlen (aktív) szereplőjét (szemben egy követett passzív nyomkövetővel) (10).
1Levelező szerzők: E.mail: contact@laszloboros.com és/vagy roman.zubarev@ki.se
2Jelenlegi cím: Törökszentmiklós, Táncsics Mihály u. 24, H-5200 Magyarország. T.+36-20-396-0533
HIVATKOZÁSOK (IRODALOM)
Szerzők:
Boros László G.a,1,2, Stephanie Seneffb, Túri Mariannac, Palcsu Lászlóc, Roman A. Zubarevdef
Szerzői intézetek:
aSub-Molekuláris Orvostudományok Deutenomikai Központja, Fizika és Csillagászat Tanszék, Élő Rendszerek Fizikája, Vrije Egyetem Amszterdam, Amszterdam, Hollandia
bSzámítógépes Tudományok és Mesterséges Intelligencia Laboratórium, Massachusetts Technológiai Intézet, Cambridge, MA, USA
cIzotóp-klimatológiai és Környezetvédelmi Kutatóközpont (ICER) HUN-REN Nukleáris Kutatóintézet, Debrecen, Magyarország
dFiziológiai Kémiai Osztály I, Orvosi Biokémiai és Biofizikai Tanszék, Karolinska Intézet, Stockholm, Svédország
eFarmakológiai és Technológiai Osztály, I. sz. M Sechenov Első Moszkvai Állami Orvosi Egyetem, Moszkva, Oroszország
fNemzeti Orvosi Endokrinológiai Kutatóközpont, Moszkva, Oroszország
(Dr. Mark H. Thiemens, professzor, PNAS szerkesztő)
How to cite this article: Proc Natl Acad Sci U S A. 2024 Sep 10;121(37):e2412390121. doi: 10.1073/pnas.2412390121
Comentários