Селен участвует во множестве клеточных и метаболических процессов и имеет решающее значение для здоровья организма. Немецко-американская исследовательская группа впервые определила жизненно важные процессы, связанные с его усвоением Полученные результаты могут иметь решающее значение в терапии многих заболеваний, включая онкологию, сахарный диабет и сердечно-сосудистые заболевания. Результаты эксперимента были представлены в известном журнале Science.
Селен является жизненно важным микроэлементом, который содержится в почве, воде и некоторых продуктах питания, например, таких как: мясо, рыба, яйца, грибы, капуста, луковые овощи, чечевица, спаржа и орехи (бразильский, грецкий, фисташки, арахис, миндаль).
В рамках текущего исследования ученые смогли наиболее подробно объяснить, как селен в организме достигает тех мест, где он необходим. Согласно эксперименту, этот микроэлемент сначала инкапсулируется незаменимой аминокислотой селеноцистеином, затем эта аминокислота включается в 25 различных белков, называемых селенопротеинами. “Проделанная работа позволила выявить структуры, которые никогда раньше не наблюдались, некоторые из них уникальны во всей биологии”, — говорит один из авторов исследования, профессор Пол Коупленд из Медицинской школы имени Роберта Вуда Джонсона в Рутгерсе.
Используя современную технологию визуализации, известную как криоэлектронная микроскопия, которая использует электронные лучи вместо света, команда смогла создать трехмерные изображения сложных биологических образований с разрешением, близким к атомному. Ученым удалось изобразить сложные структуры белков и других биологических молекул. Путем выстраивания тысячи изображений была создана анимация, показывающая, как эти структуры двигаются и изменяются.
Таким образом команда смогла задокументировать, как происходит включение селена в белки и какие сложные клеточные механизмы для этого используются. Ранее уже было известно, какие из белков и молекул РНК обеспечивают данные процессы. Однако до недавнего времени было неясно, каким образом взаимодействуют соответствующие компоненты. На сегодняшний день проведенное исследование показало процесс, не сравнимый ни с каким другим известным механизмом в человеческом организме.
В этом процессе аминокислота селеноцистеин (SEC) присоединяется к уникальной молекуле РНК, которую необходимо транспортировать к рибосоме с помощью специального белкового фактора, объясняет профессор Коупленд. “И все это развивалось у людей специально для того, чтобы селен мог включиться в эту горстку белков из 25-ти штук”, — отмечает ученый, чья команда потратила 20 лет, пытаясь понять этот процесс.
По словам исследовательской группы, после включения SEC в селенопротеины белки выполняют ряд жизненно важных функций, необходимых для роста и развития. Так, например, они участвуют в:
производстве строительных блоков ДНК, именуемых нуклеотидами
расщеплении и хранении жира для получения энергии
строении клеточных мембран
выработке гормонов щитовидной железы, которые контролируют обмен веществ в организме человека
реакции селеновых белков на окислительный стресс путем детоксикации побочных продуктов в клетках
Если выработка белков селена по каким-либо причинам нарушена, могут развиться серьезные проблемы со здоровьем, подчеркивают ученые. К заболеваниям, связанным с нарушением выработки селеновых белков, относят:
онкологию
сердечно-сосудистые заболевания
мужское бесплодие
сахарный диабет
гипотиреоз (снижение функции щитовидной железы)
“Понимание механизма поглощения SEC является фундаментальной частью разработки новых методов лечения различных заболеваний”, — резюмирует Коупленд.
В исследовании приняли участие многочисленные учреждения из Германии и США, в том числе Университет Рутгерса в Нью-Джерси, Институт медицинской физики и биофизики в Берлине, Институт молекулярной генетики Макса Планка в Берлине и Иллинойский университет в Чикаго.