Odkrycie endogennego nitroksylu

Minęło 30 lat, odkąd prestiżowy magazyn Science uznał tlenek azotu (*NO) za Cząsteczkę Roku (Molecule of the Year 1992). Od tego czasu znacznie poszerzono wiedzę na temat *NO dowodząc, że ten gazowy wolny rodnik jest ważnym regulatorem wielu procesów fizjologicznych na różnych poziomach organizacji życia. Komórkowe reakcje redoks w odpowiedzi na wielorakie bodźce rozwojowe lub stresowe są źródłem konwersji *NO do innych reaktywnych form azotu (RFT), które mogą oddziaływać na układy biologiczne w odmiennym zakresie działania. W konsekwencji, różne pochodne tlenku azotu obecne w środowisku komórkowym determinują szerokie spektrum efektów fizjologicznych, które często przypisywane są jedynie formie rodnikowej *NO. Jak wskazują farmakologiczne badania ostatnich lat, protonowana i zredukowana forma tlenku azotu, nazywana nitroksylem (HNO), charakteryzuje się unikatowymi, w stosunku do formy rodnikowej, właściwościami fizyko-chemicznymi oraz odmienną aktywnością biologiczną. Jednak, jak dotąd, endogenna produkcja tej cząsteczki nie została zaobserwowana w żadnym układzie eksperymentalnym. Wyniki naszych badań opublikowane na łamach czasopisma Nature Plants w publikacji Discovery of endogenous nitroxyl as a new redox player in Arabidopsis thaliana, M. Arasimowicz-Jelonek , J. Floryszak-Wieczorek, S. Suarez, F. Doctorovich, E. Sobieszczuk-Nowicka, S. Bruce King, G. Milczarek, T. Rębiś, J. Gajewska, P. Jagodzik, M. Żywicki, po raz pierwszy dokumentują, że HNO jest formowany endogennie w organizmach żywych, co wykazano w komórkach liści rzodkiewnika. Źródłem syntezy HNO są m.in. nieenzymatyczne reakcje interkonwersji NO*/HNO w obecności kluczowych reduktantów komórkowych. Wykorzystując mutanty Arabidopsis z upośledzoną biosyntezą *NO (nia1nia2, Atnoa1, nia1nia2noa1) oraz stosując wysoce czułe techniki pomiarowe, pozwalające na detekcję HNO w czasie rzeczywistym wykazano, że kinetyka formowania tej cząsteczki jest zależna od potencjału redoks komórki. W warunkach fizjologicznych endogenna produkcja HNO jest niska, rzędu nanomoli. Z kolei, spadek lub wzrost formowania nitroksylu można zaobserwować w różnych procesach rozwojowych oraz reakcjach roślin na niekorzystne czynniki środowiska. Zjawiskom tym towarzyszą wyraźne przesunięcia komórkowego potencjału redoks w kierunku utleniającego (np. proces starzenia) lub redukcyjnego (np. stres niedotlenienia). Ponadto przeprowadzona analiza transkryptomiczna komórek liści rzodkiewnika, farmakologicznie zubożonych o endogenny nitroksyl, ujawniła zaangażowanie HNO, m.in. w proces regulacji etylenu, co może mieć kluczowe znaczenie w przystosowaniu roślin do warunków niedotlenienia. Udokumentowana przez nas aktywność biologiczna oraz produkcja HNO w środowisku komórkowym, pozwala na zweryfikowanie efektów przypisywanych dotąd wyłącznie tlenkowi azotu i wskazuje na możliwość funkcjonowania alternatywnej, bądź konkurencyjnej względem *NO drogi sygnałowej u roślin. Odkrycie to pozwala na włączenie HNO, obok NO, H₂S i CO, do grupy ważnych gazotransmiterów. Występowanie HNO nie jest z pewnością ograniczone do świata roślin. Od dawna prowadzone są prace nad terapeutycznym potencjałem donorów HNO w medycynie, stąd uzyskane przez nas wyniki stanowią impuls do dalszych intensywnych badań, w poszukiwaniu źródeł i funkcjonalności nitroksylu w różnorodnych układach biologicznych