Forscher am Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC) und dem Instituto de Investigación Sanitaria Princesa (IIS Princesa) haben einen wesentlichen Fortschritt in Richtung der Entschlüsselung des Mechanismus, durch den die Produktion von reaktiven Sauerstoff-Spezies (ROS) erhöht, die in den frühen Phasen der Hypoxie (akute Reduktion der Gewebe-Sauerstoff). Der Befund stellt einen wichtigen Fortschritt im Verständnis der zellphysiologie und ausgenutzt werden könnte in der Zukunft zur Behandlung einer Vielzahl von Krankheiten, bei denen die Hypoxie spielt eine Rolle, wie Schlaganfall und Herzinfarkt.
Die Studie, heute veröffentlicht in der Natur, ist die Frucht einer Partnerschaft zwischen den Gruppen unter der Leitung von Dr. Antonio Martínez, im Krankenhaus Santa Cristina (Bestandteil des IIS Princesa), und Dr. José Antonio Enríquez, an der CNIC. Die Studie wurde geleitet von Dr. Pablo Hernansanz-Agustín, ein Postdoc-Forscher an der CNIC.
In den meisten eukaryotischen Zellen wird Energie erzeugt, die durch den Verbrauch von Sauerstoff in der mitochondrialen oxidativen Phosphorylierung (OXPHOS) system. Dr. Enríquez sagte, „Den Verbrauch von Sauerstoff durch das system erzeugt reaktive Sauerstoff-Spezies (ROS), einer Gruppe von Molekülen, die bis vor kurzem als stoffwechselgifte.“
Es ist jedoch jetzt bekannt, dass, wenn Sie produziert in kleinen Mengen, diese reaktiven Spezies fungieren als Signale, die trigger der Zelle Anpassungen. In diesem Weg, weiterhin Dr. Enríquez, „ein Tropfen in Sauerstoff-Konzentration löst die schnelle generation von ROS, die Initiierung der adaptiven Reaktion der Zellen auf Sauerstoffmangel.“ Der 2019 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin ausgezeichnet wurde der Wissenschaftler, die entdeckten den Mechanismus, mit dem Zellen-mount-eine Reaktion auf die anhaltende Hypoxie. Diese langfristige Reaktion ist vermittelt durch den Hypoxie-induzierbaren Faktor (HIF). Aber der Körper hat noch andere, schnellere Möglichkeiten zu reagieren auf Hypoxie, die unabhängig von HIF und vermittelt durch ROS. Der genaue Mechanismus, über den die ROS-Produktion erhöht in den frühen Phasen der Hypoxie ist noch unklar, aber die neue Studie ist ein wichtiger Fortschritt in Richtung der Definition dieses Prozesses.
„Wir haben gezeigt, dass Natrium-Ionen fungieren als second messengers, die Regulierung der mitochondrialen Funktion, insbesondere die Funktion der mitochondrialen Elektronen-transport-Kette (ETC), indem er die kontrollierte Produktion von ROS,“ erklärt Dr. Hernansanz.
Dieser Mechanismus der ROS-Produktion „ist von grundlegender Bedeutung für die Fähigkeit der pulmonalen Zirkulation zu reagieren auf Hypoxie durch Umverteilung von Blutfluss in Regionen mit weniger Bewässerung, ein Phänomen, bekannt als hypoxisch pulmonale Vasokonstriktion“, erklärt Dr. Martínez.
Einige der Ergebnisse der Studie liefern wichtige Informationen über zellphysiologie. Zunächst zeigt die Studie, dass die mitochondriale Natrium reguliert die Zelle die Membran Fluidität. Dieser war bekannt vor und könnte von großer Tragweite für das Verständnis einer Vielzahl von zellulären Prozessen.
Eine zweite wichtige Entdeckung, erklärt Dr. Enríquez, ist, dass „der mitochondrialen supercomplexes der ETC spielen eine wichtige Rolle in diesem Prozess durch die Annahme von strukturellen Konformationen, die empfindlich oder unempfindlich gegen Natrium, so dass die Wirkung von Natrium ist ungiftig.“
Dr. Martínez fügte hinzu, dass der Eintrag von Natrium-vorangestellt ist der solubilization von Kalzium-Ablagerungen im inneren der Mitochondrien. Diese Kalzium-Strukturen wurden zuerst beschrieben mehr als vor 50 Jahren, aber Ihre Funktion war unbekannt, bis jetzt.
Dr. Martínez Schluss, dass „die Studie zeigt, dass die Hemmung der mitochondrialen Ca2 /Na-Wärmetauscher NCLX ausreichend ist, um blockieren diesen Weg, verhindert Hypoxie Anpassung.“ Dieser Befund deutet darauf hin, dass NCLX könnte in Zukunft eine therapeutische Ziel für Krankheiten, bei denen Hypoxie eine Rolle spielt.