كيف تتكوّن معقّدات البروتين في الخلايا؟
أوجد بحث أنّ معظم معقّدات البروتين في خلايا الخميرة تتجمّع قبل أن تتشكّل الوحدات الفرعيّة للبروتين بشكل كامل، وبهذه الآليّة قد نستطيع منع تشكّل معقّدات البروتين السّامّة الممرضة.
تشكيل معقّدات البروتين
يتمّ تشكيل المعقّد البروتيني عن طريق ارتباط وحدات فرعيّة بروتينيّة مع جزيئات بروتينيّة أخرى.
يتمّ تنفيذ معظم العمليّات الخلويّة عن طريق البروتينات (والّتي تتجمّع عادة في معقّدات غير متجانسة)، وتتكوّن عادة من أكثر من وحدة بروتينيّة.
قدّم العلماء دليلاً على أنّه في الخلايا حقيقيّة النّواة يتمّ تجميع معقّدات البروتين في السيتوبلازم بشكل مشترك؛ أي أنّ التّجمّع يحدث على الأقل في وحدة بروتينيّة فرعيّة لا يزال يتمّ اصطناعها وتركبيها.
كانت دراسة تشكيل المعقّدات أمراً صعباً إلى أن تمّ تطوير تقنية عُرفت بتنميط الرّيبوزوم عام 2009.
تسمح هذه التّقنية بتحديد مواقع الرّيبوزومات على mRNA من خلال تسلسل mRNA. (وعادة ما يتمّ استخدام هذه التّقنية لمراقبة التّرجمة). هنا يقوم الرّيبوزوم بفكّ شيفرة وترجمةmRNA واستخدامه كقالب لتصنيع البروتين.
لاحقاً استخدم العلماء بروتوكولاً معدّلاً يدعى بتنميط الرّيبوزوم الانتقائي؛ حيث تقوم هذه الطّريقة على عزل الرّيبوزومات ومن ثمّ تركيب سلاسل البروتين النّاشئة أو حديثة الصّنع لتتفاعل مع بروتين آخر.
التّسلسل التّابع لـ RNA المتناظرة:
يكشف عن mRNA الّتي تشفّر السّلاسل النّاشئة المتفاعلة.
كما يحدّد التّسلسل مجالات البروتين المشاركة في التّفاعل، لأنّه سيتمّ عزل الرّيبوزومات المرتبطة فقط بالسّلسة النّاشئة، والّتي تحتوي على مجالات تفاعل واضحة تماماً عن طريق التّنميط الرّيبوزومي الانتقائي.
قام الباحثون بالتّحقيق في مدى انتشار تجمّع معقّدات البروتين في 12 مجموعة في الخميرة Saccharomyces cerevisiae.
فوجدوا أنّ 9 معقّدات من أصل 12 قد تجمّعت بشكل مشترك، والمعقّدات البروتينيّة الثّلاثة الأخرى تستخدم بروتينات مرافقة مخصّصة لتساعدها في التّجمع؛ نظراً لأنّ الوظيفة الأساسيّة للبروتينات المرافقة هي منع الاختلاط والتّجمّع العشوائي للبروتينات أثناء عمليّة طيّ البروتين.
*(يقصد بطيّ البروتين تحوّل البروتين من سلسلة طويلة مرنة من الأحماض الأمينيّة إلى جزء له شكل محدّد، وبه مختلف الالتواءات والانحناءات الّتي تلزمه لأداء وظيفته في الخليّة).
ووجدوا أيضاً أنّ 6 من الـ9 معقّدات الّتي تجمّعت بشكل مشترك لها طريقة تجمّع مباشر؛ أي يجب أن تكون إحدى هذه الوحدات الفرعيّة مطويّة تماماً قبل أن تتشابك مع سلسلة ناشئة لوحدة فرعيّة ثانية.
والوحدة الفرعيّة الثّانية المطويّة لا يمكن أن تتشابك مع سلسلة ناشئة لوحدة فرعيّة أولى.
← اُعتبرت الوحدة الفرعيّة الثّانية مثل سلسلة ناشئة جديدة، وهذا يشير إلى أنّ التّجمّع المشترك يمنع بالفعل تشكيل تجمّعات بروتينيّة سامّة محتملة.
لكن كيف يتمّ تجميع الوحدات الفرعيّة مع بعضها لتشكّل معقّدات البروتين ؟
في الحقيقة هناك نموذجان محتملان:
الأوّل:
هو أنّه يتمّ ترجمة اثنان من mRNA الّتي تشفّر الوحدات الفرعيّة بالقرب من بعضها. ويتم هذا من خلال بروتين (ربط RNA) الّذي يربط العديد من جزيئات mRNA (الشكل a1). ولكن وجد تحليل أنّه من النّادر أن يتمّ ربط جزيئين مختلفين من mRNA بواسطة بروتين ربط .RNA
ومع ذلك فليس من الضّروري وجود ارتباط ماديّ لإحضار جزيئين mRNA قريبين من بعضهما؛ حيث إنّ جزيئات mRNA الّتي تشترك في تسلسل متتالٍ محدّد يمكن أن تتوضّع سويّة في أجسام RNA (والمعروفة بالحبيبات)، وبهذه الطّريقة تتمّ ترجمتها في مواقع تحت خلويّة محدّدة. (الشكل1b)
أمّا النّموذج الثّاني:
فيقول بأنّه لا تكون جزيئات mRNA قريبة من بعضها، وبدلاً من ذلك يقوم بروتين ربط RNA بتوظيف وحدة فرعيّة بروتينيّة مطويّة تماماً في منطقة غير مترجمة من mRNA (3ʹ UTR).
حيث تقوم هذه الوحدة الفرعيّة المطويّة بتشفير الوحدة الفرعيّة الثّانية وتتفاعل معها. وقد تمّ ذلك في الخلايا الثّديّية، حيث تمّ إظهار منطقة غير مترجمة عند 3ʹ من mRNA من أجل توظيف بروتينات، ثمّ تقوم بالتّفاعل مع بروتينات حديثة الصنع.
ولكن عند خلايا الخميرة الفتيّة لُوحظ أنّ البروتينات الّتي تخضع للتّرجمة تمّ ترسيبها جانباً بشكل مؤقّت على الرّيبوزوم قبل نقلها إلى سلاسل البروتين النّاشئة.
*( 3ʹ UTR = untranslated region أي منطقة غير مترجمة عند 3ʹ)
وماذا عن البكتيريا؟
في البكتيريا غالباً ما يتمّ تشفير الوحدات الفرعيّة للبروتين بواسطة مجموعة من الجينات وتدعى (الأوبرونoperon)، ويتمّ التّعبير عنها كمجموعة.
على كل حال فإنّ البروتين المطوي الوحيد في البكتيريا -الّذي يمكنه التّفاعل مع البروتينات النّاشئة -هو واحد من الوحدات الفرعيّة المشفّرة.
ومع ذلك أثبت الباحثون أنّ تكوين معقّدات البروتين يعتمد في كثير من الأحيان على آليّات التّوظيف، بدلاً من الانتشار لتحقيق تفاعلات محددة للبروتين.
تضيف النّتائج الّتي توصّلوا إليها أنّ mRNA لا تشفّر فقط البروتينات، بل إنّها تزيد أيضاً من تخصّص تكوين المعقّد البروتيني من خلال المساعدة على تجزئة البروتينات في السّيتوبلازم، ومن خلال تنظيم توضّع وتمركز التّرجمة.
بالرّغم من هذا فإنّ هناك حاجة للمزيد من التّجارب لتحديد كيفيّة تجميع الوحدات الفرعيّة المتفاعلة للبروتين مع بعض وكيف يتمّ منع سوء تجمّع المعقّدات.
****
رابط المقال الأصلي بالّلغة الإنكليزيّة: هنا
****
ترجمة: هيفاء عجم.
مراجعة علميّة: نسرين قصّاب.
تدقيق لغوي: نور رجب.
تصميم غرافيك: ديمة عدل.
****
واقرأ أيضاً في حبر علوم:
DNA المضيء ودوره في الكشف عن البروتين السّكّري!
الكيميرا في جسم الإنسان.. عند من توجد.. كيف توجد.. وما دورها؟
الكيميرا البشريّة/ الحيوانيّة .. هل يمكنها صنع أعضاء بشريّة؟!
هل تتغيّر مشاعر الإنسان لو أجرى عمليّة زرع قلب ؟
****
تابع حبرنا عبر
