罗格斯大学的一位科学家参与了一个国际团队，该团队确定了将硒——一种存在于土壤、水和某些食物中的必需微量元素，能增强人体抗氧化效果——整合到25种特殊蛋白质中的过程。这一发现可能有助于开发新的治疗方法，用于治疗从癌症到糖尿病等多种疾病。
这项发表在《科学》杂志上的研究，包含了迄今为止对硒如何到达细胞中所需位置的最深入描述，这对于细胞和生物体生物学的许多方面至关重要。首先，硒被包裹在硒代半胱氨酸（Sec）中，这是一种必需氨基酸。然后，Sec被整合到25种所谓的硒蛋白中，所有这些硒蛋白对一系列细胞和代谢过程都至关重要。
包括罗格斯大学罗伯特·伍德·约翰逊医学院生物化学和分子生物学系教授保罗·科普兰在内的研究人员认为，以如此详细的方式理解这些重要机制的工作原理，对于开发新的医疗疗法至关重要。
"这项工作揭示了一些前所未见的结构，其中一些在所有生物学中都是独特的，"该研究的作者科普兰说。
科普兰和他的团队通过使用一种特殊的低温电子显微镜观察到了细胞机制，这种显微镜使用电子束而不是光来形成接近原子分辨率的复杂生物结构的三维图像。该过程使用分子复合物的冷冻样本，然后应用复杂的图像处理技术——利用当今庞大的计算能力将数千张图像串连起来，生成三维截面，甚至生成传达生物分子内部运动感的定格动画。因此，科学家可以观察到蛋白质和其他生物分子的复杂结构表示，甚至观察这些结构如何作为细胞"机器"发挥作用时移动和变化。
硒的整合发生在单个细胞的复杂机制深处。科学家们已经知道哪些蛋白质和RNA分子——一种存在于所有细胞中参与蛋白质生产的核酸——使这一过程成为可能。然而，他们无法辨别这些因素如何协同工作完成循环的关键步骤，这决定了细胞核糖体的功能——核糖体是一种大型大分子机器，与RNA结合以制造更多蛋白质。他们的发现是，发生的这些过程与人体其他任何地方已知发生的过程都不相同。
"这种氨基酸附着在一个独特的RNA分子上，必须通过一个独特的蛋白质因子运送到核糖体，"科普兰说，他的实验室在过去20年里一直致力于了解这些生物分子在生化水平上的功能。"而所有这些在人类中进化出来，专门是为了让硒被整合到这少量的蛋白质中。"
一旦Sec被整合到硒蛋白中，这些蛋白质就会执行一系列对生长和发育至关重要的功能。它们产生核苷酸，即DNA的构建模块。它们分解或储存脂肪以获取能量。它们创建细胞膜。它们产生控制人体新陈代谢的甲状腺激素。它们通过解毒细胞中的化学反应副产物来应对所谓的氧化应激。
当硒蛋白的产生受到干扰时，可能会引发癌症、心脏病、男性不育、糖尿病和甲状腺功能减退等疾病和障碍。
"了解Sec被整合的机制是开发针对多种疾病状态的新疗法的基础部分，"科普兰说。
这项研究由德国柏林医学物理与生物物理研究所、德国柏林马克斯·普朗克分子遗传学研究所和伊利诺伊大学芝加哥分校的科学家领导。
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