对不流血的蠕虫的研究揭示了器官如何传达给予生命的血红素的状态

马里兰大学和美国国立卫生研究院(NIH)的科学家们首次发现了一种信号系统，动物体内的器官可以通过它来传达血红素需要，氧气运输所需的含铁环以及许多其他必需品。生物过程。

这是马里兰大学动物和禽类科学教授伊克巴尔·哈姆扎及其团队的最新研究成果，其中填写了关于动物如何优先考虑和分配血红素需求以及安全地在体内移动的难题中的关键部分。

通过将有毒的铁封入保护性分子笼中，血红素可以使生物体利用铁的生命能力与氧气和其他气体结合。血红素是最有名的血红蛋白的一个关键组成部分，在载氧的蛋白质的红血细胞。然而，血红素以其他血红素蛋白的形式，也参与其他关键的生物过程，如细胞内的能量转移，肌肉形成，免疫系统和昼夜节律(内部)时钟功能。因此，维持稳态血红素水平对人类和其他动物非常重要。

在Nature Cell Biology，Hamza，UMD和NIH共同作者发表的一篇新论文中，展示了蛔虫(秀丽隐杆线虫)中的器官如何使用以前未知的具有两个组成部分的系统来传达其血红素状态。研究小组将第一个成分确定为HRG-7，一种从蠕虫肠道分泌的酶，将肠道中的血红素水平传递给其他组织。他们发现HRG-7血红素信号传导受到神经系统中发现的第二种成分的相互调节，这是一种称为BMP-5的信号物质，它与HRG-7蛋白“握手”，允许双向传递有关血红素的信息。肠和其他组织之间的水平。

UMD农业与自然资源学院教授哈姆扎说：“一个长期存在的模式是动物体内的细胞以血红素负荷生存和死亡，不会在细胞和器官之间运输血红素。”根据这种范例，组织仅通过在单个细胞内制作它们来满足它们的血红素要求。“这些细胞使用来自环境的铁或来自血红蛋白或其他血红蛋白分解的铁 - 通过复杂的八步合成过程从头开始构建新的血红素分子。”

然而，Hamza和他的团队表示他们在简单蛔虫中进行血红素水平组织间通信的新发现 - 与其他研究人员的最新研究结果一起证明血红素本身可以作为确定某些细胞类型命运的信号分子 - 表明动物通过组织串扰和在它们之间重新利用血红素来维持血红素的最佳组织水平。实际上，器官使用细胞内合成和来自邻近细胞和组织的环境血红素的转运来维持血红素稳态。

研究人员在他们的论文中指出，对于这种新发现的HRG-7介导的信号通路的每个组成部分，有证据表明人类和其他脊椎动物中存在同源组分。他们说：“可以想象，人类可能存在类似的......信号通路，以调节铁和血红素的代谢。”

血红素发现的历史

这一最新发现建立在Hamza领导的一系列先前研究的基础之上。这包括研究发现蛔虫使用HRG-1蛋白质运输到他们的肠道中的血红素从他们所居住的土壤中的蠕虫摄取的细菌中获得。和2013文件显示，这同HRG1转运蛋白允许人类回收超过500万的红血细胞每秒的脾脏和肝脏。Hamza及其同事在2011年的一篇关于Cell的论文中发现，蛔虫有一种HRG-3蛋白用作细胞间血红素伴侣，将血红素从母体输送到胚胎。

Hamza在2003年开始尝试揭开血红素转运的秘密。在传统酵母和小鼠模型中研究了血红素携带蛋白质的问题后，Hamza改用秀丽隐杆线虫，一种不产生血红素的动物，但是需要它来生存，甚至没有血液，但共享一些对人体血液形成至关重要的基因。

根据Hamza及其同事的说法，这些“不流血的蠕虫”对研究血红素通讯和运输有很多好处。这些包括控制血红素摄取，操纵细胞内血红素水平和转运蛋白和信号蛋白的基因表达的能力。而且，由于秀丽隐杆线虫的皮肤是透明的，使用荧光示踪剂和显微镜可以让研究人员监测整个活体动物的血红素水平，血红素运输和血红素信号。

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