مقص لإزالة البروتينات

لماذا توجد آليتان لتكسير البروتينات في الجسم؟

"أزواج من المقصات" الصغيرة تدور في خلايا الجسم: وهي عبارة عن آلات جزيئية صغيرة تتحرك في معظم أجزاء الخلية وتقوم بتحطيم البروتينات غير المرغوب فيها. اكتشف علماء معهد وايزمان للعلوم آلية تحكم تتحكم في هذه "المقصات" الجزيئية. وقد تساعد النتائج التي توصلوا إليها، والتي نشرت مؤخرا في المجلة العلمية Nature Communications، في تطوير أدوية مضادة للسرطان من شأنها أن تسبب آثارا جانبية أقل، وتشير إلى اتجاهات جديدة لدراسة مرض باركنسون.

إن التخلص من البروتينات غير المرغوب فيها - تلك التي تم اهتراءها أو تلفها أو ببساطة لم تعد هناك حاجة إليها - هي عملية أساسية لعمل الكائن الحي، وهي مهمة جدًا لدرجة أنه تطورت آليتان مختلفتان مسؤولتان عن تنفيذها. يتم تنشيط الآلية الأكثر شهرة ودراسة من خلال مجموعة جزيئية كبيرة تسمى "البروتيزوم"، والتي تقوم بإعادة تدوير البروتينات المميزة للتحلل. الآلية الثانية، والتي تم اكتشافها في مرحلة لاحقة، هي المقص الجزيئي: وهو جزيء بروتيزوم مخفض، والذي يتضمن فقط الجزء الضروري لقطع البروتينات. لا تنتظر هذه "المقصات" حتى يتم تحديد البروتينات غير المرغوب فيها، ولكنها تفكك على الفور البروتينات التي تفتقر إلى بنية مطوية ثلاثية الأبعاد.

على الرغم من فائدتها المتأصلة، فإن مثل هذه الأزواج من المقصات، التي تدور بحرية وتقطع جميع البروتينات المكشوفة إلى قطع، يمكن أن تخلق مشاكل أيضًا. قد يشير عدم طي البروتين إلى حدوث ضرر، لذا فمن المنطقي التخلص من البروتينات التالفة دون إضاعة الوقت في وضع علامات عليها. في الواقع، نفس البروتيزوم القطعي يعمل بشكل رئيسي في حالات الطوارئ التي تسمى "الإجهاد التأكسدي"، حيث يحدث الكثير من الضرر للبروتينات الموجودة في الخلية. ولكن تم اكتشاف مؤخرًا أن ما يقرب من نصف البروتينات الطبيعية في الخلية تحتوي أيضًا على أجزاء غير مطوية؛ على سبيل المثال، البروتين p53 - أحد المدافعين الرئيسيين عن الخلية ضد السرطان. بالإضافة إلى ذلك، يوجد في الخلية العديد من البروتينات غير المنظمة التي تؤدي وظائف رئيسية أخرى، مثل التحكم في انقسام الخلايا أو التحكم في التعبير الجيني. ولذلك، لكي يحدث التدهور فقط عند الضرورة، تكون آليات التحكم المسؤولة عن قطع البروتيزوم ضرورية.

وقد تم الآن تحديد إحدى آليات التحكم هذه من قبل الدكتورة ميشال شارون وأعضاء مجموعتها في قسم الكيمياء البيولوجية في المعهد: د. أورين موسكوفيتش، د. جيلي بن نيسان، إيريت فاينر، دان بولاك، وليمور مزراحي. ووجد العلماء أن البروتين المسمى DJ-1 يثبط نشاط البروتيزوم القاطع، وبالتالي يبطئ انهيار البروتينات غير المهيكلة. وأظهرت الدراسة، على سبيل المثال، أن DJ-1 يمنع هذه "المقصات" الجزيئية من تقطيع البروتين p53 إلى قطع. بالإضافة إلى ذلك، أظهر العلماء أن DJ-1 يرتبط مباشرة بالبروتيزوم القاطع، مما يثبط نشاطه.

إن فك رموز آليات تحلل البروتين بعمق قد يساعد في المستقبل في التحكم في هذه العملية بشكل أكثر دقة. على سبيل المثال، تمنع العديد من الأدوية المبتكرة المضادة للسرطان البروتيزوم من تحطيم البروتينات المضادة للسرطان، ولكنها تمنع أيضًا تحلل العديد من البروتينات الأخرى، وبالتالي تسبب آثارًا جانبية. إن الفهم الأعمق لعملية التحلل، الناتج عن البحث الجديد، قد يساعد في المستقبل في تطوير الأدوية التي تمنع التحلل بطريقة أكثر دقة.

علاوة على ذلك، قد تلقي الدراسة ضوءًا جديدًا على مرض باركنسون. في الآونة الأخيرة، أجريت دراسات أظهرت أن الطفرات في الترميز الجيني لـ DJ-1 تسبب نسخة وراثية من هذا المرض، والتي تظهر في سن مبكرة. وتشير الأبحاث التي أجريت في المعهد إلى احتمال تورط بروتين DJ-1 في مرض باركنسون، وقد تشير هذه النتائج إلى اتجاهات جديدة للبحث في آليات المرض.