متصل

قررت الدكتورة مايا شولدينر وأعضاء مجموعتها في قسم الوراثة الجزيئية بمعهد وايزمان للعلوم، البحث عن أزواج من البروتينات: بروتين يحتاج إلى النقل لإخراجه من إحدى عضيات الخلية، ومرافق البروتين الذي يساعده على الوصول إلى وسائل نقله

ليس من السهل ترتيب كومة من آلاف الجوارب في أزواج. تصبح المشكلة معقدة للغاية عندما يتبين أنها جوارب مجهرية. بدأت هذه المهمة في الاقتراب من التحدي الذي واجهته الدكتورة مايا شولدينر وأعضاء مجموعتها في قسم الوراثة الجزيئية بمعهد وايزمان للعلوم، عندما قرروا البحث عن أزواج من البروتينات: بروتين يحتاج إلى النقل للحصول عليه يخرجه من إحدى عضيات الخلية، وبروتين مرافق يساعده على الوصول إلى وسائل النقل. كان على الدكتورة شولدينر وأعضاء مجموعتها تكييف المعدات الروبوتية في المختبر لتطوير نظام يسمى PAIRS، والذي يقوم بإعداد آلاف العينات والبحث عن أزواج مناسبة فيما بينها.

لقد حاول العديد من العلماء العثور على مثل هذه الأزواج لمدة عقدين من الزمن، ولم يحققوا سوى نجاح جزئي. وهذا أمر بالغ الأهمية: ترتبط البروتينات المصاحبة بالهرمونات وعوامل النمو وجزيئات الإشارة الأخرى، التي تتشكل في الخلية وتحتاج إلى تركها إلى خلايا أو أعضاء أخرى، وتدخل في العديد من الأمراض، من أمراض المناعة الذاتية الأمراض إلى السرطان. إن الفهم الأفضل للبروتينات المصاحبة قد يشير إلى أهداف للأدوية لعلاج هذه الأمراض.

المحطة الأولى في رحلة جميع البروتينات التي تحتاج إلى مغادرة الخلية، وكذلك البروتينات التي يتم عرضها في النهاية على السطح الخارجي لغشاء الخلية، هي الشبكة داخل البلازمية - وهي عضية تشبه المتاهة تتكون من أغشية داخلية مطوية. البروتينات التي تدخل الشبكة داخل البلازمية تطوي بداخلها إلى شكلها النهائي، وتخضع لفحص الجودة قبل الخروج من المتاهة. يعد الخروج نحو المحطة التالية - جولجي - للفرز والتوجيه النهائي، خطوة أكثر تعقيدًا من المدخل. يجب أن ينتقل البروتين، الذي أصبح الآن مطويًا وفي حالة نشطة، داخل فقاعة صغيرة من الغشاء الذي ينفصل عن الشبكة البلازمية الداخلية ويشكل حويصلة - وهي نوع من سيارات الأجرة الخاصة التي تنقل الراكب إلى جهاز جولجي دون الاتصال بالجزء الداخلي من الشبكة. الخلية. عند هذه النقطة، يدخل المقرضون أيضًا في الصورة. يقومون بفرز البروتينات وتعبئتها، والتأكد من أن البروتينات المحضرة فقط هي التي تخرج من الشبكة داخل البلازمية، وأنها تدخل الحويصلات المناسبة.

حتى الآن، جرت محاولة مطابقة البروتينات ومرافقيها بطريقة مشابهة لمطابقة الجوارب عن طريق الفرز اليدوي - أي واحدًا تلو الآخر. وبهذه الطريقة، تم تحديد عشرة مرافقين فقط حتى الآن، ولم يتم العثور إلا على عدد من الأزواج لهؤلاء. ووفقا للدكتور شولدينر، فإن هذه المعلومات ليست كافية حتى للبدء في فهم قوانين حركة البروتينات.

اعتقدت الدكتورة شولدينر وأعضاء فريقها، الذي ضم طالب البحث يوناتان هرتزج والدكتور يائيل الباز، بالإضافة إلى زملاء من جامعة كامبريدج، أن هناك حاجة إلى نهج أكثر منهجية وتنظيمًا. في طريقة PAIRS التي طوروها، استخدموا روبوتًا قام بإعداد مزارع خلايا الخميرة. احتوت كل عينة على سلالة خميرة معدلة وراثيا، وكان أحد البروتينات المختلفة الـ 400 الموجودة فيها ملونًا باللون الأخضر المتوهج. بالإضافة إلى ذلك، تم تصميم أحد الرفاق العشرة المعروفين ليكون غير نشط. تم إنتاج ما مجموعه 4,000 عينة مختلفة، وكان الغرض منها العثور على أزواج الرفاق المألوفين. قام روبوت آخر تلقائيًا بمسح صور الخلايا ضوئيًا، بحثًا عن البروتينات المطلية باللون الأخضر المتوهج والتي تتجمع داخل الخلية بدلاً من مغادرتها، وهو ما كان علامة على وجود تطابق بين البروتين الأخضر ومرافق غير نشط.

وجد الفريق بروتينات ركاب جديدة لكل مرافق معروف. وكان هذا كافيا، بحسب الدكتور شولدينر، للبدء في فك رموز بعض القواعد الأساسية لنظام الحركة في شبكية العين داخل البلازمية. وهكذا، على سبيل المثال، اكتشف العلماء أن معظم المرافقين يعملون مع مجموعات صغيرة من البروتينات، وأن كل بروتين يستخدم نوعًا واحدًا فقط من المرافقين. وفي بعض الحالات، كان لمجموعة البروتينات التي استخدمت مرافقًا واحدًا وظيفة مماثلة. وفي حالات أخرى، تربط "كلمة مرور" كيميائية شائعة عدة بروتينات بمرافقة واحدة معينة. ونشرت نتائج البحث في مجلة PLos Biology.

الأكثر إثارة للاهتمام هو البروتين المرافق الذي أظهر على ما يبدو سلوكًا استثنائيًا: فقد لاحظ العلماء أن Erv14 يرتبط بكمية كبيرة من البروتينات، والتي للوهلة الأولى لا يوجد أي اتصال بينها. وبعد سلسلة طويلة من التجارب التي تم فيها استبعاد العديد من التفسيرات المحتملة، اكتشف العلماء أخيرًا القاسم المشترك: اتضح أن جميع البروتينات التي تستخدم Erv14 تحتاج إلى تسلسل طويل بشكل خاص من الأحماض الأمينية لتبرز من الغشاء الخارجي للخلية.

تم العثور على إصدارات مختلفة من المرافقة Erv14 في جميع الكائنات الحية، بدءًا من الخميرة وذباب الفاكهة وحتى البشر، وبالتالي، فمن المحتمل أن تكون النتائج صالحة أيضًا بالنسبة للمرافقة البشرية والبروتينات التي تستخدمها. أحد هذه البروتينات هو مستقبل عامل النمو EGF، وهو بروتين ضروري لنمو الجنين الطبيعي، والذي يلعب أيضًا دورًا في الإصابة بالسرطان. يعد الفهم الأفضل لحركة مستقبل EGF أمرًا مهمًا لتطوير النماذج التي تصف تطور وتطور الأورام السرطانية.

بالإضافة إلى الأزواج التي تمكن العلماء من التعرف عليها، تم العثور أيضًا على العديد من البروتينات التي لم تكن مرتبطة بأي مرافقات معروفة. هل تتدبر هذه البروتينات نفسها بمفردها، أم أنها تستخدم مرافقين آخرين، لم يتم تحديدها بعد؟ تعتزم الدكتورة شولدينر وأعضاء فريقها مواصلة التحقيق في هذه القضية. هدفهم المستقبلي هو إنشاء قاعدة بيانات تحدد أنظمة النقل لجميع البروتينات الموجودة في الخلية.