كشف باحثون في جامعة تل أبيب عن آلية تنظيمية جديدة لنقل الإشارات عبر غشاء الخلية

وبحسب البروفيسور يوآف هانيس من قسم علم الأحياء العصبي في كلية علوم الحياة بجامعة تل أبيب، فإن هذا هو أول عرض من نوعه لآلية مبتكرة تشرح كيف يمكن للإنزيم نفسه أن يؤدي إلى تفاعلات بيولوجية مختلفة اعتمادًا على كيفية تفاعله. يتم تجنيده في الغشاء، ومدة بقائه قريبًا منه والمدة التي يمكنه التحرك فيها

تعتمد العديد من العمليات البيولوجية المركزية، سواء في الحالة الصحية أو في مجموعة متنوعة من الأمراض، على تنظيم نقل الإشارات المناسبة في غشاء الخلية. وفقا للبروفيسور يوآف هانيس من قسم علم الأعصاب في كلية علوم الحياة في جامعة تل أبيب، فإن تعطيل خصوصية استجابات نظام الإشارات قد يسبب أعطالًا وظواهر مرضية مختلفة، بما في ذلك مشاكل في انقسام الخلايا، ورم خبيث في الخلايا السرطانية، والخلايا السرطانية. الموت والعمليات الالتهابية والمزيد.

وكان أحد الألغاز المركزية في هذا المجال هو كيف يسمح عدد محدود من البروتينات الناقلة للإشارات (البروتينات النشطة التي تسبب التفاعلات البيولوجية في الخلايا الحية) للخلية بتحديد استجابة محددة وانتقائية من مجموعة واسعة من الإشارات البيولوجية التي يتحكم فيها ذلك البروتين النشط. بروتين.

اكتشف عمل أوريت غوتمان في مختبر البروفيسور يوآف هانيس، بالتعاون مع مجموعة البروفيسور بيتر جيرشيك من كلية الطب بجامعة أولام في ألمانيا، لأول مرة آلية تسمح للخلية بالاستجابة بشكل انتقائي في واحدة من سلسلة من التفاعلات البيولوجية المحتملة التي يتم تنشيطها بواسطة نفس البروتين النشط. هذه الآلية، التي تم بحثها في العمل الحالي فيما يتعلق بنقل الإشارات بواسطة إنزيم فسفوليباز C-b2 (أو PLCb2 للاختصار)، تعتمد على عاملين رئيسيين - المناطق في غشاء الخلية التي يتم تجنيد الإنزيم إليها من الخلية. السائل داخل الخلايا بالعامل البيولوجي الذي ينشطه، وقدرة الإنزيم على الحركة في الغشاء بعد تجنيده. يقوم هذا الإنزيم بتكسير أحد مكونات غشاء الخلية (الدهون الفوسفورية التي تسمى PIP2) إلى وحدتين فرعيتين، تقوم كل منهما بتنشيط سلسلة من الإشارات البيولوجية المركزية في الخلية.

يمكن تنشيط PLC-b2 وتجنيده في مواقع نشاطه في غشاء الخلية بواسطة العديد من البروتينات المنشطة داخل الخلية. تنتمي هذه البروتينات إلى عائلة من البروتينات تسمى بروتينات G (بروتينات ربط الجوانين بالنوكليوتيدات)، وتشمل البروتين الصغير Rac ووحدة ألفا ومجموعة فرعية من بيتا وغاما من بروتينات G الثلاثية (بروتينات G تتكون من ثلاثة الوحدات الفرعية (ألفا وبيتا وجاما).

يشرح البروفيسور هينيس: "لقد أظهرنا أن التنشيط بواسطة كل من هذه البروتينات الثلاثة المختلفة: Rac، ومكون ألفا، ومزيج مكونات بيتا جاما، يجند إنزيم PLCb2 إلى الغشاء بطريقة مختلفة. والنتيجة هي أنه اعتمادًا على العامل المنشط، يصل الإنزيم إلى مناطق أخرى من غشاء الخلية ويخلق المواد الفرعية النشطة عن طريق إطلاق PIP2 في الغشاء. عندما يتم تنشيط PLCb2 بواسطة بروتين Rac، يتم تجنيده لتفريغ PIP2 فقط في مناطق محدودة وصغيرة من الغشاء، بينما يؤدي تنشيطه بواسطة اقتران بيتا غاما إلى تجنيده في مناطق واسعة من غشاء الخلية، حيث يتحرك بسرعة عالية. ويولد الإشارة على مساحة كبيرة. يؤدي التنشيط بواسطة ألفا إلى حدث وسيط، عندما يتم تعبئة الإنزيم إلى مناطق أكبر مما يتم تنشيطه بواسطة Rac، لكن حركته تقتصر نسبيًا على الانزلاق السريع الذي يصاحب تنشيطه بواسطة بيتا جاما.

يقول البروفيسور هينيس: "بعبارة أخرى، لدينا آلية جديدة تحدد فيها هوية البروتين الذي يجند الإنزيم في الغشاء المناطق التي جاءت منها الإشارات وتحدد كيفية تصرف الخلية. هذا هو العرض الأول من نوعه لآلية مبتكرة تشرح كيف يمكن للإنزيم نفسه أن يؤدي إلى تفاعلات بيولوجية مختلفة اعتمادًا على كيفية تجنيده في الغشاء، ومدة بقائه قريبًا منه وقدرته على الحركة لفترة طويلة. ".

ويؤكد البروفيسور هينيس أن فهم الآلية مهم لتطوير القدرة على التدخل في تنظيم العمليات البيولوجية التي تسيطر عليها الإنزيمات النشطة في الغشاء، وقد يؤدي إلى تطوير أدوية للأمراض الناتجة عن القصور في نشاط إنزيمات هذا الغشاء. يكتب.

وأجرت مجموعة جامعة تل أبيب التجارب البيوفيزيائية، بينما أجرت المجموعة الألمانية التجارب البيوكيميائية. يتم دعم البحث من قبل مؤسسة GIF – المؤسسة الإسرائيلية الألمانية المشتركة للبحث العلمي والتطوير.

تم نشر البحث بتاريخ 5.2.2010/16.2.2010/XNUMX في المجلة العلمية The Journal of Biological Chemistry، كما تم نشر مقال مراجعة عنه بتاريخ XNUMX/XNUMX/XNUMX في المجلة العلمية الشهرية Science Signaling المرموقة في ضوء اختياره "اختيار المحررين" في هذا الشهري.

البحث نفسه

جوتمان، أو.، سي. واليسر، تي. بيتشوليك، بي. جيرشيك، ويي هينيس. 2010. التنظيم التفاضلي لنشاط الفسفوليباز C-b2 والتفاعل الغشائي بواسطة Gaq وGb1g2 وRac2. جي بيول. الكيمياء. 285:3095-3015.

اختيار المحرر في إشارات العلوم:

راي، LB 2010. تعديل الحركة في الغشاء. الخيال العلمي. الإشارة. 3:EC51.