Novi matematički alati koji otkrivaju koliko brzo se ćelijski proteini razgrađuju spremni su da otkriju dublji uvid u to kako starimo, prema nedavno objavljenom radu čiji su koautori istraživač iz države Misisipi i njegove kolege sa Harvardske medicinske škole i Univerziteta u Kembridžu.
Galen Kolins, docent na Odeljenju za biohemiju, molekularnu biologiju, entomologiju i patologiju biljaka MSU, bio je koautor rada objavljenog u Zborniku radova Nacionalne akademije nauka u aprilu.
„Već razumemo koliko brzo nastaju proteini, što se može desiti za nekoliko minuta“, rekao je Kolins, koji je takođe naučnik u eksperimentalnoj stanici za poljoprivredu i šumarstvo Misisipija. „Do sada smo imali veoma slabo razumevanje koliko im je vremena potrebno da se pokvare.“
Rad iz primenjene matematike, „Određivanje maksimalne entropije dinamike proteoma sisara“, predstavlja nove alate koji kvantifikuju stope degradacije ćelijskih proteina – koliko brzo se razlažu – pomažući nam da razumemo kako ćelije rastu i umiru i kako starimo. Proteini — složeni molekuli napravljeni od različitih kombinacija aminokiselina — nose najveći deo posla unutar ćelije, obezbeđujući njenu strukturu, reagujući na poruke izvan ćelije i uklanjajući otpad.“
Rezultati su pokazali da se svi proteini ne razgrađuju istim tempom, već spadaju u jednu od tri kategorije, razgrađujući se tokom minuta, sati ili dana. Dok su prethodna istraživanja ispitivala razgradnju ćelijskih proteina, ova studija je bila prva koja je matematički kvantifikovala stope degradacije svih molekula ćelijskih proteina, koristeći tehniku koja se zove maksimalna entropija.
„Za određene vrste naučnih pitanja, eksperimenti često mogu otkriti beskonačno mnogo mogućih odgovora; međutim, nisu svi podjednako verodostojni“, rekao je glavni autor Alekander Dear, istraživač primenjene matematike na Univerzitetu Harvard.
„Princip maksimalne entropije je matematički zakon koji nam pokazuje kako da precizno izračunamo verodostojnost svakog odgovora — njegovu „entropiju“ — tako da možemo izabrati onaj koji je najverovatniji.“
„Ova vrsta matematike je kao kamera koja zumira vašu registarsku tablicu izdaleka i otkriva koji bi brojevi trebalo da budu“, rekao je Kolins. „Maksimalna entropija nam daje jasnu i preciznu sliku o tome kako se degradacija proteina dešava u ćelijama.“
Pored toga, tim je koristio ove alate za proučavanje nekih specifičnih implikacija razgradnje proteina za ljude i životinje. Kao prvo, ispitali su kako se te stope menjaju kako se mišići razvijaju i prilagođavaju gladovanju.
„Otkrili smo da je gladovanje imalo najveći uticaj na srednju grupu proteina u mišićnim ćelijama, koje imaju poluživot od nekoliko sati, uzrokujući da se slom pomeri i ubrza“, rekao je Kolins. „Ovo otkriće moglo bi imati implikacije za pacijente sa rakom koji doživljavaju kaheksiju ili gubitak mišića zbog bolesti i njenih tretmana.“
Takođe su istraživali kako promena u razgradnji određenih ćelijskih proteina doprinosi neurodegenerativnim bolestima.
„Ove bolesti nastaju kada otpadni proteini, koji se obično brzo razgrađuju, žive duže nego što bi trebalo“, rekao je Kolins. „Mozak postaje poput spavaće sobe tinejdžera, gomila smeće, a kada ga ne očistite, postaje nenastanjiv.
Dear je potvrdio da vrednost studije ne leži samo u onome što je otkrila o degeneraciji ćelijskih proteina, već i u tome što je naučnicima dao novi metod za precizno istraživanje aktivnosti ćelija.
„Naš rad pruža moćnu novu eksperimentalnu metodu za kvantifikaciju metabolizma proteina u ćelijama“, rekao je on. „Njegova jednostavnost i brzina čine ga posebno pogodnim za proučavanje metaboličkih promena.“
