Kırmızı kan hücreleri yalnızca oksijen taşıyan yapılar olmayabilir
İnsan vücudundaki tüm hücrelerin yaklaşık yüzde 83’ünü oluşturan kırmızı kan hücreleri, uzun süredir hemoglobini taşıyan ve oksijeni dokulara ulaştıran görece basit yapılar olarak görülüyordu. University of Colorado Anschutz araştırmacılarının Blood dergisinde yayımlanan yeni çalışması ise bu hücrelerin, oksijen düzeyi düştüğünde protein etkileşimlerini hızla yeniden düzenleyen daha karmaşık bir sisteme sahip olduğunu ortaya koyuyor.
Araştırma ekibi, ultra saf olgun insan kırmızı kan hücrelerinde 3.775 protein tanımladı. Bu sayı, yaklaşık 15 yıl önceki tahminlerin üç katından fazla. Araştırmacılar aynı zamanda bu proteinler arasındaki binlerce fiziksel etkileşimi haritaladı.
Çalışmanın bulguları; yüksek irtifa, yoğun egzersiz ve travma ya da hemorajik şok sonrası görülebilen patolojik hipoksi gibi düşük oksijen koşullarında vücudun verdiği yanıtı anlamaya yardımcı olabilir.
Düşük oksijende protein etkileşimleri değişiyor
Olgun kırmızı kan hücrelerinin çekirdeği bulunmuyor. Bu nedenle yeni protein üretmek için genlerini açıp kapatarak çevresel değişimlere yanıt veremiyorlar. Araştırmaya göre hücreler, bunun yerine zaten sahip oldukları proteinleri yeniden düzenleyip değiştirerek hızlı uyum sağlıyor.
Çalışmada haritalanan protein etkileşimlerinin yaklaşık üçte birinin, oksijen seviyesi düştüğünde yeniden şekillendiği görüldü. Bu ağın merkezinde, kırmızı kan hücresi zarındaki en bol protein olan Band 3 yer alıyor.
Araştırmacılar, Band 3 ile biliverdin redüktaz B (BLVRB) arasında daha önce bilinmeyen bir etkileşim tespit etti. Bu bağlantının, hücre zarındaki değişimlerle hücre içindeki metabolik mekanizmaları birbirine bağladığı belirtiliyor.
Düşük oksijen koşullarında Band 3 ile oksijensiz hemoglobin arasındaki bağlanma yaklaşık üç kat arttı. Aynı süreçte glikoz metabolizmasında değişimler yaşandı ve 2,3-BPG üretimi yükseldi.
2,3-BPG, hemoglobinin oksijene olan bağını zayıflatan bir molekül. Bu sayede kırmızı kan hücreleri, oksijeni ihtiyaç duyan dokulara daha kolay bırakabiliyor.
Hayvan modellerinde egzersiz kapasitesi etkilendi
Araştırmacılar, bu mekanizmanın canlı organizmalardaki etkisini incelemek için Band 3 proteininin oksijene yanıt veren N-terminal bölgesinden yoksun hayvan modellerini kullandı.
Bu hayvanların kırmızı kan hücreleri düşük oksijene karşı normal metabolik yanıtı oluşturamadı. Ayrıca hayvanlarda egzersiz kapasitesinde bozulma gözlendi.
Çalışma doğrudan sporcuları ya da yüksek irtifaya uyum sağlayan insanları incelemedi. Yine de bulgular, kırmızı kan hücrelerinin metabolizmalarını hızlı biçimde yeniden organize edebilmesinin, oksijenin sınırlı olduğu koşullarda vücudun işlevini sürdürmesine katkı sağlayabileceğini düşündürüyor.
Nitrik oksit sinyali de rol oynuyor
Araştırma, mekanizmada nitrik oksitin (NO) da yer aldığını gösterdi. NO, kan damarı işlevlerinin düzenlenmesinde görev alan bir molekül olarak biliniyor.
Bulgulara göre BLVRB, NO’dan türeyen kimyasal bir sinyali başka bir enzime aktaran moleküler bir aracı gibi davranıyor. Bu enzim de 2,3-BPG sentezini doğrudan düzenleyerek hücrenin oksijen düştüğünde glikoz kullanımını değiştirmesine yardımcı oluyor.
Araştırmacılar, bitkilerin de fotosentezi düzenleyen molekülleri üretmek için temelde benzer bir kimyasal anahtarı bağımsız biçimde geliştirdiğine dikkat çekiyor. İnsan kırmızı kan hücrelerinde bu sistem değişen oksijen düzeylerine yanıt veren metabolizmayı desteklerken, bitkilerde karbonun fotosenteze yönlendirilmesinde rol oynuyor.
Deep Red veri tabanı bilim insanlarına açıldı
Ekip, ayrıntılı kırmızı kan hücresi protein veri tabanını Deep Red adıyla herkese açık hale getirdi. Veri tabanının, yüksek irtifaya uyum, egzersiz performansı, kırmızı kan hücrelerinin parçalanmasına yatkınlık, kan depolama ve transfüzyon araştırmaları üzerinde çalışan bilim insanlarına yardımcı olması amaçlanıyor.
Çalışma, CU Anschutz ile ABD ve Kanada’daki farklı kurumların araştırmacılarını bir araya getirdi. Araştırmanın yayımlandığı Blood dergisinde ayrıca çalışmaya eşlik eden bir başyazı da yer aldı.
