Способность формальдегида, химического вещества, часто используемого в промышленных товарах, таких как автомобильные детали и изделия из дерева, повреждать ДНК, мешать репликации клеток и вызывать рак, вдохновила этим летом на новые федеральные правила. Но новое исследование, опубликованное в Американском журнале патологии, показывает, что это вещество может представлять более серьезную угрозу для здоровья, чем считалось ранее, за счет повреждения клеток другим способом.
"Мы считаем, что формальдегид является гораздо более опасным токсичным веществом в том смысле, что он не только повреждает ДНК, но также серьезно повреждает белки," сказал автор-корреспондент Анатолий Житкович, профессор патологии и лабораторной медицины Медицинской школы Уоррена Альперта Университета Брауна. "С одной стороны, повреждение белков в ядре может нарушить реакцию на стресс и восстановление повреждений ДНК, а с другой стороны, накопление поврежденных белков может напрямую способствовать нарушению работы и гибели клеток."
Полученные данные могут подтвердить вопросы о том, отрицательно ли формальдегид влияет на нервную систему, как это было замечено в некоторых исследованиях на животных, сказал Житкович.
Проблемы с белком
В нескольких экспериментах, описанных в новой статье, команда Житковича из Брауна показала, что воздействие формальдегида на три типа клеток легких человека вызывает последовательность повреждений и клеточных реакций, аналогичных тому, что происходит, когда клетки подвергаются чрезмерному нагреванию. Они увидели явные признаки повсеместного накопления поврежденных белков. Эти признаки были появлением определенного набора защитных процессов, которые пытаются очистить поврежденные белки до того, как их накопление может убить клетки.
Житкович впервые понял, что формальдегид может повредить белки, когда его лаборатория изучала, как клетки реагируют на повреждение ДНК формальдегидом. Их данные показали, что ключевой противоопухолевый белок в этой реакции снижался при высоких дозах, когда его присутствие должно увеличиваться, чтобы соответствовать возрастающему воздействию формальдегида.
В новом исследовании Житкович, ведущий автор Сара Ортега-Атьенса и соавторы Блейзей Рубис и Кейтлин Маккарти, поэтому искали признаки повреждения белка и четко их видели. Они заметили, что после кратковременного воздействия формальдегида в клетках наблюдается массивное полиубиквитинирование, процесс маркировки поврежденных белков для утилизации, чтобы они не накапливались. Вскоре после начала процесса полиубиквитинирования они наблюдали реакцию теплового шока, когда новый набор белков присоединился к массивным усилиям по очистке.
В конечном итоге многие клетки погибли, несмотря на активацию защитных реакций клеток. В эксперименте, в котором они намеренно отключили один из ключевых белков реакции на тепловой шок, вероятность гибели клеток была еще выше.
Ни реакция полиубиквитинирования, ни реакция теплового шока не наблюдались в контрольных клетках, которые не контактировали с формальдегидом. Между тем, ученые также подвергли клетки воздействию веществ, которые, как известно, повреждают ДНК, но не белков, и обнаружили, что это не вызывает реакции полиубиквитинирования или теплового шока. Это говорит о том, что эти реакции не были реакцией на повреждение ДНК формальдегидом.
Следующий набор вопросов
Житкович сказал, что результаты могут объяснить, почему формальдегид может быть токсичным для нервной системы. Нейроны не делят и не реплицируют ДНК, поэтому они не так уязвимы для тех повреждений, которые формальдегид наносит ДНК. Но они особенно уязвимы для скопления поврежденных и неправильно свернутых белков – это то, что происходит, например, при болезни Альцгеймера и некоторых других заболеваниях – и именно это команда Житковича обнаружила в клетках, вызывая появление формальдегида. Он отметил, что исследования на животных показали, что воздействие формальдегида подрывает такие функции мозга, как память и обучение.
По его словам, чтобы напрямую проверить эту гипотезу, его группа начала эксперименты по воздействию формальдегида на нейроны человека в лаборатории.
Команда Житковича также исследует, повреждает ли формальдегид определенные типы белков или он токсичен для них по всем направлениям.
И как член сообщества исследователей биологии старения Брауна он также заинтересован в изучении того, может ли длительное низкоуровневое воздействие формальдегида, который клетки фактически производят сами, привести к опасному накоплению поврежденных белков в виде клеток. стареть.
Однако на данный момент это исследование уже открыло новые горизонты, показав, что формальдегид представляет собой угрозу не только для ДНК, – сказал Житкович.
"Клетки имеют дело с двумя повреждениями вместо одного," он сказал.