أغلق، افتح، أغلق

מדעני מכון ויצמן הצליחו לזהות, באמצעות שיטה חדשנית שפיתחו, שני מצבים סגורים מוגדרים היטב של קצות חלבוני Hsp90, והראו כי החלבון נותר סגור לאחר הפעלתו * החלבון Hsp90 מהווה 1%-2% מכלל החלבונים בגופנו והוא מקיים קשרי גומלין עם יותר מ-200 חלבונים اخرين

مثل العديد من البروتينات الأخرى في الجسم، يتكشف Hsp90 ويتشكل بعد التغيرات الكيميائية في الخلية الحية. وعلى الرغم من انتشاره الكبير في خلايانا وحيويته لمجموعة متنوعة من العمليات التي تحدث فيها، إلا أنه حتى الآن لم يكن معروفًا بالضبط كيف يتغير هيكل Hsp90 استجابةً لسيناريوهات مختلفة. ومؤخرًا، تمكن علماء معهد وايزمان للعلوم من ملاحظة هذه التغييرات الهيكلية باستخدام طريقة مبتكرة قاموا بتطويرها. وقد تساهم نتائج البحث، التي نشرت في المجلة العلمية "سجلات الأكاديمية الأمريكية للعلوم" (PNAS)، في دراسة عمل هذا البروتين المركزي وفي تطوير الأدوية التي تستهدفه.

يساعد بروتين Hsp90 البروتينات الأخرى طوال دورة حياتها: باعتباره "مرافقًا"، فهو يسمح للبروتينات الجديدة بالاندماج في بنيتها المكانية المناسبة؛ باعتباره "بروتين الصدمة الحرارية" (ومن هنا اسمه - بروتين الصدمة الحرارية)، فإنه يعمل على استقرار البروتينات الأخرى استجابةً لظروف الإجهاد؛ وفي نهاية رحلتهم، يشارك أيضًا في تحلل البروتينات - وفي ظل ظروف معينة، قد يساعد الخلايا السرطانية على النمو. هذا البروتين متعدد الاستخدامات عبارة عن هيكل ثنائي يتكون من جزيئين منفصلين ولكن متطابقين. يتكون كل من الجزيئين اللذين يتكون منهما الديمر من ثلاثة أجزاء: أحد الأجزاء الثلاثة - وهو الجزء الذي ترتبط به الجزيئيتان ببعضهما البعض - ثابت نسبيًا، بينما الجزءان الآخران مرنان ويمكنهما الفتح أو الإغلاق كما هو موضح في الصورة. ضروري. ولكي تنغلق هذه الأجزاء، هناك حاجة إلى طاقة على شكل ATP - وهو الجزيء الذي يوفر الطاقة لجميع أشكال الحياة المعروفة على الأرض. في عملية تحلل ATP، المعروفة بالتحلل المائي، يرتبط جزيء ATP بالبروتين بمساعدة أيون المغنيسيوم؛ يؤدي هذا الارتباط إلى فقدان ATP لإحدى مجموعات الفوسفات الخاصة به وفي هذه العملية يصبح ADP.

لقد فهم العلماء منذ فترة طويلة أن التكوين المغلق ضروري لتنشيط Hsp90، لكن لم يكن معروفًا ما إذا كان البروتين يظل مغلقًا بعد التفاعل الكيميائي مع ATP أو إذا تم إعادة فتحه عند انتهاء التفاعل. يمس هذا السؤال جوهر عمل البروتين وهو ضروري أيضًا لتطوير الأدوية التي تستهدفه. لقد أسفرت الدراسات السابقة التي حاولت الإجابة على هذا السؤال عن نتائج متضاربة أو غير حاسمة. وتعد البروفيسور دانييلا جولدفارب من قسم الفيزياء الكيميائية والبيولوجية بالمعهد من أبرز الخبراء في طريقة دراسة ديناميكيات البروتينات الكبيرة والمعقدة، مثل Hsp90. تتضمن الطريقة ربط زوج من الجزيئات البارامغناطيسية الصغيرة، التي تعمل بمثابة علامات مغناطيسية صغيرة، بنقاط على البروتين - وقياس المسافة بين هذه العلامات باستخدام الرنين المغناطيسي الإلكتروني (EPR). تتيح هذه الطريقة قياس المسافة بين أزواج العلامات، وبالتالي إنشاء خريطة لحركة البروتينات والتغيرات الهيكلية التي تحدث فيها. والأهم من ذلك، أن هذه الطريقة تتيح دراسة البروتينات في بيئتها الطبيعية، أي داخل الخلايا الحية.

وعلى الرغم من كل مزاياها، فقد فشلت هذه الطريقة حتى الآن في السماح بمراقبة جيدة للتكوينات المفتوحة/المغلقة في نهايات بروتين Hsp90. السبب: كونها مرنة إلى حد ما، فإن الروابط التي تربط العلامات بجزيء البروتين جعلت من الصعب على الباحثين التمييز بين الحركة الناشئة عن العلامات والحركة الناشئة عن البروتين نفسه. للتغلب على هذه النكسة، توصلت البروفيسورة جولدفارب وباحثة ما بعد الدكتوراه في مجموعتها، الدكتورة أنجليكي جيانوليس، إلى فكرة أصلية تبين أنها ناجحة: استبدال المغنيسيوم بعنصر آخر - المنغنيز؛ يمكن للمنغنيز (وفقط هو) أن يحل محل المغنيسيوم دون تعطيل عمل البروتينات. على الرغم من أن نشاط أيونات المغنيسيوم والمنغنيز هو نفسه، على عكس المغنيسيوم، فإن أنظمة EPR قادرة على التقاط إشارة دوران الإلكترون في المنغنيز. أكثر من ذلك - على عكس العلامات المغناطيسية، فإن أيون المنغنيز مدمج في بنية البروتين، وبالتالي فإن القياس لن يلتقط حركة زائدة بخلاف حركة البروتين نفسه.

بمساعدة فريق وحدة البروتينات الهيكلية بالمعهد بقيادة الدكتورة شيرا ألبيك، تمكن الباحثون من الإجابة على السؤال المفتوح وإظهار أنه في الحل، يظل Hsp90 مغلقًا بالفعل بعد التفاعل الكيميائي الأولي، وإن كان بطريقة مختلفة قليلاً. إعدادات. يقول البروفيسور جولدفارب: "كان من الصعب التمييز بين إشارات المنغنيز، لكننا تمكنا من تحديد حالتين مغلقتين محددتين جيدًا لنهايات بروتينات Hsp90، إحداهما تحتوي على ATP والأخرى مع ADP". "بفضل المعدات المتقدمة في مختبرنا، والقياسات في المجالات المغناطيسية العالية وخبرة الدكتور أكيفا فينتوش، تمكنا من تحديد المسافات المختلفة بين جزأين البروتين بوضوح."

وبما أن التفاعلات الكيميائية التي تتضمن ATP والمغنيسيوم هي من بين التفاعلات الأكثر شيوعًا في الكائنات الحية، فقد تكون هذه الطريقة مفيدة في اكتشاف ديناميكيات البروتينات الأخرى أيضًا. وفيما يتعلق بـ Hsp90، يأمل البروفيسور جولدفارب أن تؤدي النتائج الجديدة إلى تعزيز فهم هذا البروتين الأساسي والمساعدة في تطوير الأدوية التي تحد من نشاطه في الخلايا السرطانية وغيرها من الحالات.

يشكل بروتين Hsp90 1-2% من جميع البروتينات الموجودة في الجسم ويتفاعل مع أكثر من 200 بروتين آخر.