Cząsteczki zanieczyszczeń powietrza powodują zakłócenia w komórkach

Związek między zanieczyszczeniem powietrza a chorobami płuc jest znany od dawna. Teraz nowe badanie z University of Southern California ujawnia jeden proces biologiczny, który może być za tym powiązaniem – odkrycie, które może zapewnić nowy wgląd w lepsze sposoby leczenia lub zapobiegania chorobom związanym z narażeniem na zanieczyszczenie.

powiedział Edward Crandall, MD, PhD, profesor patologii, członek Hastings Lung Research Center i dyrektor Will Rogers Institute’s Lung Disease Research Center w Waszyngtonie. Keck School of Medicine na Uniwersytecie Południowej Kalifornii.

W swoich badaniach Crandall i jego zespół odkryli kluczowy krok na drodze między narażeniem na zanieczyszczenie powietrza a chorobami. Narażenie na otaczające nanocząsteczki lub bardzo małe zanieczyszczenia w powietrzu ogranicza zdolność komórek do obrony przed innymi potencjalnymi uszkodzeniami. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Raporty autofagii.

Crandall, starszy autor badania, wraz ze współpracownikami badał komórkowy proces obronny znany jako autofagia, który komórki wykorzystują do niszczenia uszkodzonych lub nieprawidłowych materiałów wewnętrznych. Po raz pierwszy naukowcy odkryli, że po ekspozycji na nanocząstki aktywność autofagiczna w komórkach wydaje się osiągać górny próg.

„Implikacją tych badań jest to, że autofagia jest mechanizmem obronnym, który ma górną granicę, poza którą nie może już bronić komórki” – powiedział Crandall.

górny próg

Naukowcy przeprowadzili serię testów z wykorzystaniem komórek gruczolakoraka płuc. Najpierw wystawili komórki na działanie nanocząstek, następnie rapamycyny (substancji chemicznej, o której wiadomo, że stymuluje autofagię), a następnie zarówno nanocząsteczek, jak i rapamycyny. W każdym przypadku aktywność autofagiczna osiągnęła tę samą górną granicę i nie wzrastała dalej.

W związku z tym komórki mogą nie mieć zdolności do dalszego wzmacniania autofagii w celu obrony przed innymi zagrożeniami, takimi jak wdychanie dymu lub infekcja wirusowa lub bakteryjna. Może to pomóc wyjaśnić, dlaczego zanieczyszczenie powietrza zwiększa ryzyko wielu ostrych i przewlekłych chorób płuc, w tym raka płuc, śródmiąższowego zwłóknienia płuc i przewlekłej obturacyjnej choroby płuc.

W ramach badań Crandall i jego zespół opracowali również nową metodę badania autofagii, która może wesprzeć przyszłe badania na ten temat. Użyli mieszaniny barwników fluorescencyjnych i potężnej metody obrazowania, znanej jako mikroskopia konfokalna, aby udokumentować ilość autofagii zachodzącej w poszczególnych komórkach.

„Szczególne jest to, że możemy teraz mierzyć aktywność autofagii pojedynczych żywych komórek w czasie rzeczywistym. To nowy sposób badania autofagii” – powiedział. Arnold Sipos, doktor nauk medycznychadiunkt patologii badawczej w Keck School of Medicine i pierwszy autor badania.

Więcej badań nad autofagią

Nowe odkrycia mogą wesprzeć trwające badania nad autofagią, w tym w leczeniu raka. Chociaż autofagia jest dobrodziejstwem dla zdrowych komórek, utrudnia również niszczenie komórek nowotworowych. Opracowanie sposobów zwiększania lub obniżania autofagii w komórkach może być istotnym sposobem ochrony przed chorobami i ich leczenia.

„Im więcej wiemy o mechanizmach występowania chorób, tym większe mamy szanse na znalezienie miejsc na ścieżce, w których możemy interweniować i zapobiegać chorobom lub je leczyć” – powiedział Crandall.

Następnie Crandall, Sipos i ich współpracownicy przeprowadzą dalsze badania, aby sprawdzić, czy dodanie nanocząstek do komórki bezpośrednio zwiększa jej podatność na inne zagrożenia, takie jak infekcja. Planują zbadać związek zarówno w zdrowych komórkach, jak iw komórkach rakowych.

o tym badaniu

Oprócz Crandalla i Siposa, inni autorzy badania to Kwang-Jin Kim z Wydziału Patologii, USC Keck School of Medicine, Department of Biomedical Engineering, USC Viterbi School of Engineering oraz Constantinos Sioutas, Department of Civil and Environmental Engineering , Szkoła Inżynierii USC Viterbi.

Ta praca była wspierana przez Fundację Will Rogers Motion Pioneers; Whittier Hastings Foundation i National Institutes of Health [R01ES017034, U01HL108364, P01AG055367].

Zastrzeżenie: AAAS i EurekAlert! Nie ponosi odpowiedzialności za poprawność biuletynów wysyłanych na EurekAlert! Za pośrednictwem organizacji wnoszących wkład lub za korzystanie z jakichkolwiek informacji za pośrednictwem systemu EurekAlert.