U 25 godina od kada je Nobelova nagrada dodeljena za otkrivanje uloge koju azot oksid (NO) igra u kardiovaskularnom sistemu, istraživači su se utrkivali da saznaju više o tome kako ovaj misteriozni signalni molekul radi na popravljanju krvnih sudova oštećenih srčanim udarom, moždani udar ili drugi kardiovaskularni događaj. Istraživači sa Medicinskog fakulteta Univerziteta Merilend (UMSOM) i njihove kolege sa Univerziteta Vejk Forest (VFU) objavili su danas važan deo slagalice koji nedostaje.
Njihova nova studija objavljena u Nature Chemical Biologi otkrila je da se hem, jedinjenje koje sadrži gvožđe u izobilju u cirkulaciji iu našim ćelijama, vezuje za NO i prenosi ga oko vaskularnog sistema. Ovo omogućava NO da reguliše protok krvi, krvni pritisak, stvaranje krvnih ugrušaka i verovatno druge signalne procese uključene u zarastanje oštećenih krvnih sudova.
Dok su signalne uloge NO opširno proučavane u poslednje tri decenije, istraživači tek treba da shvate kako ovaj kratkotrajni molekul putuje od krvi do signalnih ciljeva u zidu krvnih sudova.
Da bi se rešio ovaj jaz, tim predvođen istraživačima UMSOM-a i VFU-a okarakterisao je formiranje stabilnog NO posrednika nazvanog NO-ferohem. Tim je pokazao u studijama na životinjama da se, nakon injekcije, NO-ferohem transportuje krvlju, često vezan za albumin, i putuje do krvnih sudova i uzrokuje njihovo širenje, snižavajući krvni pritisak.
„Znamo da azot oksid — sa svojim izuzetno kratkim poluživotom od manje od sekunde u krvi — mora da ima način da se kreće kroz krvotok i u krvne sudove putem stabilnog mehanizma“, rekao je glavni autor studije dr Entoni DeMartino. D., docent medicine na UMSOM.
„Razradili smo hemiju i kinetiku kako se NO-ferohem fiziološki generiše u epruveti, a zatim demonstrirali kako funkcioniše na životinjskom modelu, što pruža jak dokaz naše hipoteze.
Da bi sproveli svoje studije, istraživački tim je odlučio da istraži hem, najpoznatiji po svojoj ulozi u isporuci kiseonika (preko hemoglobina) u krvi, ali i uobičajenom signalnom metu za NO. Pomešali su feri hem (oksidovani oblik jedinjenja koji može da izazove oštećenje ćelija) sa NO i antioksidantom glutationom (koji se nalazi u visokim nivoima u većini ćelija) da bi videli kako će reagovati u laboratorijskom okruženju.
Otkrili su da u prisustvu glutationa, NO brzo reaguje tako što se brzo vezuje za hem, formirajući stabilno, redukovano hem jedinjenje koje se zove NO-ferohem. Tim je zatim odlučio da testira efekte ovog jedinjenja na dva karakteristična svojstva NO: kao vazodilatator i kao regulator agregacije krvnih pločica (koja izaziva stvaranje krvnih ugrušaka).
Kada su miševi dobili infuziju NO-ferohema, jedinjenje je imalo vazodilatacijske efekte, povećavajući protok krvi u arterijama i snižavajući krvni pritisak. Dalje, NO-ferohem je inhibirao agregaciju trombocita u uzorcima trombocita ljudske krvi.
„Moja laboratorija je radila više od dve decenije pokušavajući da shvati kako NO može da difunduje u krvi i ćelijama, a da ne bude uništen reakcijama sa drugim radikalima i proteinima vezanim za hem kao što su hemoglobin i mioglobin“, rekao je vođa studije i odgovarajući autor Mark T. Gladvin , MD, dekan UMSOM-a i potpredsednik za medicinska pitanja, Univerzitet Merilend, Baltimor, i uvaženi profesori John Z. i Akiko K. Bovers.
„Stabilizacija NO formiranjem NO-ferohema omogućava mu da se difunduje na udaljenostima, skoro kao hemijski leteći tanjir, da se direktno veže i aktivira ciljne enzime koji kontrolišu protok krvi.
„NO-ferohem se takođe može vezati za albumin, koji je najzastupljeniji protein u našoj krvi. Pretpostavljamo da NO-ferohem-albumin može da se razvije kao lek za ciljanje različitih bolesnih stanja gde je NO oštećen, kao što su plućna hipertenzija, dijabetes i gojaznost.“
Dr Gladvin i njegov dugogodišnji saradnik i ko-stari autor Dani Kim-Shapiro, dr, profesor i predsedavajući Odeljenja za fiziku na VFU, radili su zajedno više od dve decenije da bi razumeli kako se NO transportuje u crvenoj krvi ćelije i reguliše protok krvi.
„Jedna od najiznenađujućih stvari koje su proizašle iz naše studije bila je uloga glutationa; kako u novoj hemiji u formiranju NO ferohema, tako iu njegovim efektima in vivo“, rekao je dr Kim-Shapiro. „Imamo još mnogo posla da ovo u potpunosti razumemo.
Postoji mnogo komplikovanih aspekata NO koje istraživači tek treba da razotkriju. Oni znaju da ima karakteristike Džekila i Hajda sa blagotvornim efektima na vaskulaturu kako bi se poboljšao protok krvi u arterije i tkiva, kao i u imunološkoj odbrani, gde NO koriste makrofagi za ubijanje bakterija koje napadaju. U isto vreme, NO je otrovan u velikim dozama i ćelije raka ga mogu iskoristiti da povećaju protok krvi, uzrokujući brzo rast tumora ili da pomognu ćelijama raka da se šire.
Otkrivanje NO-ferohema kao biološkog „posrednika“ predstavlja važan korak ka razumevanju nijansiranih signalnih mehanizama NO kako u zdravim uslovima tako iu bezbrojnim bolesnim stanjima.
Istraživački tim zatim želi da istraži mehanizam kako se NO-ferohem uvozi u vaskularne ćelije potrebne za pokretanje posmatrane signalizacije.
Takođe žele da dalje istraže upotrebu NO-ferohema kao potencijalnog terapeuta. Hitna potreba je za novim terapijskim sredstvima za lečenje oštećenja krvnih sudova koja se nazivaju ishemijsko-reperfuzione povrede. Ove povrede – izazvane gubitkom kiseonika u arterijama nakon, recimo, moždanog udara ili srčanog zastoja – često dovode do trajnog oštećenja tkiva. Posedovanje bezbednog leka za brzo obnavljanje protoka krvi u pogođenim tkivima može potencijalno pomoći u ublažavanju razornih efekata ovih kardiovaskularnih događaja.
Kinzi Ksu, MD, docent medicine na UMSOM-u, i Jason Rose, MD, MBA, vanredni profesor medicine i vanredni dekan, Inovation & Phisician Science Development na UMSOM, bili su koautori ove studije.
