AI & computing › AI-gestuurde wetenschappelijke ontdekkingen
Rode bloedcellen blijken razendsnel eiwitten te herschikken bij zuurstoftekort
Amerikaanse onderzoekers hebben in kaart gebracht hoe rode bloedcellen zich binnen enkele seconden aanpassen aan een tekort aan zuurstof. Het blijkt dat de cellen, die geen nieuwe eiwitten kunnen aanmaken, hun bestaande eiwitten razendsnel herschikken. De ontdekking kan meer duidelijk maken over hoogteziekte, sportprestaties en de gevolgen van ernstig bloedverlies.
Rode bloedcellen vormen bijna 83 procent van alle cellen in het menselijk lichaam, maar worden vaak afgedaan als simpele zakjes hemoglobine die zuurstof van de longen naar de rest van het lichaam vervoeren. Onderzoekers van University of Colorado Anschutz laten in het vakblad Blood zien dat de cellen veel complexer zijn dan gedacht. Het team identificeerde 3.775 verschillende eiwitten in zuivere, volwassen rode bloedcellen, meer dan drie keer zoveel als schattingen van vijftien jaar geleden. Ze brachten ook duizenden fysieke interacties tussen die eiwitten in kaart en ontdekten een verrassend dynamisch netwerk dat snel reageert zodra het zuurstofgehalte daalt.
Rode bloedcellen hebben geen celkern en kunnen daardoor geen genen aan- of uitzetten om nieuwe eiwitten te maken. Toch moeten ze zich voortdurend aanpassen, want ze bewegen elke paar seconden tussen zuurstofrijke en zuurstofarme omgevingen in het lichaam. Volgens hoofdonderzoeker Angelo D'Alessandro lukt dat doordat de cellen continu hun bestaande proteoom herschikken in plaats van nieuwe bouwstenen te maken. Wanneer het zuurstofniveau daalde, veranderde bijna een derde van alle gemeten eiwitinteracties.
Membraaneiwit als spil van het netwerk
Centraal in dit netwerk staat Band 3, het meest voorkomende eiwit in het membraan van de rode bloedcel. De onderzoekers ontdekten een tot dusver onbekende koppeling tussen Band 3 en het enzym biliverdine reductase B (BLVRB), die veranderingen in het celmembraan verbindt met de stofwisseling binnenin de cel. Bij zuurstoftekort nam de binding tussen Band 3 en ongeoxygeneerd hemoglobine ongeveer driemaal toe. Tegelijkertijd verschoof de stofwisseling van glucose en steeg de productie van het molecuul 2,3-BPG. Dat molecuul verzwakt de greep van hemoglobine op zuurstof, waardoor rode bloedcellen zuurstof makkelijker afgeven aan weefsels die daar het hardst om vragen.
Betekenis voor hoogte en inspanning
De bevindingen kunnen helpen verklaren hoe het lichaam zich aanpast bij verblijf op grote hoogte, waar minder zuurstof beschikbaar is. Het was al bekend dat rode bloedcellen daar meer 2,3-BPG aanmaken; de nieuwe studie brengt een deel van het moleculaire mechanisme daarachter in kaart. Om te testen of dit mechanisme er in de praktijk toe doet, gebruikten de onderzoekers proefdieren zonder het zuurstofgevoelige deel van het Band 3-eiwit. Hun rode bloedcellen konden niet meer normaal reageren op zuurstoftekort, en de dieren presteerden merkbaar slechter bij inspanning.
De onderzoekers ontdekten nog een extra laag in het systeem, via stikstofmonoxide (NO), dat de bloedvatfunctie regelt. BLVRB fungeert daarbij als een soort schakelstation dat een chemisch signaal doorgeeft aan een ander enzym, dat op zijn beurt direct de aanmaak van 2,3-BPG bijstuurt. Opvallend genoeg gebruiken planten vrijwel dezelfde chemische schakelaar om fotosynthese te regelen, wat volgens D'Alessandro erop wijst dat de evolutie dit mechanisme herhaaldelijk heeft ingezet om de stofwisseling aan te passen aan veranderingen in omringende gassen. De onderzoekers hebben hun uitgebreide eiwitdatabase van de rode bloedcel, Deep Red genaamd, openbaar gemaakt zodat andere wetenschappers de mechanismen verder kunnen onderzoeken, bijvoorbeeld voor betere bloedopslag en transfusies.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Deze kaart van eiwitinteracties in rode bloedcellen kan artsen en onderzoekers helpen beter te begrijpen waarom mensen verschillend reageren op hoogteziekte, intensieve sport of ernstig bloedverlies. Op termijn kan de kennis ook bijdragen aan betere methoden voor het bewaren van donorbloed en het verbeteren van bloedtransfusies.
- Proteoom
- De complete verzameling eiwitten die op een bepaald moment in een cel aanwezig is en actief bijdraagt aan haar functioneren.
- Interactoom
- Het volledige netwerk van fysieke interacties tussen eiwitten binnen een cel, dat bepaalt hoe die eiwitten samenwerken.
- Hypoxie
- Een toestand van zuurstoftekort in het lichaam of in weefsels, zoals die optreedt op grote hoogte, bij intensieve inspanning of na ernstig bloedverlies.
- Membraaneiwit
- Een eiwit dat is ingebed in het celmembraan en vaak een rol speelt in transport of signalering tussen de cel en zijn omgeving.
- Band 3
- Het meest voorkomende eiwit in het membraan van de rode bloedcel, dat een centrale rol speelt in de reactie van de cel op zuurstoftekort.
- BLVRB (biliverdine reductase B)
- Een enzym dat in dit onderzoek fungeert als schakelstation tussen membraanveranderingen en de stofwisseling van de cel.
- 2,3-BPG
- Een molecuul in rode bloedcellen dat de binding tussen hemoglobine en zuurstof verzwakt, waardoor zuurstof makkelijker wordt afgegeven aan weefsels.
- Hemoglobine
- Het eiwit in rode bloedcellen dat zuurstof bindt en door het lichaam vervoert.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
