21 فوریه 2023- دکتر تاکیکی اوزاوا و تیمش از دانشگاه توکیو، واکنش های متابولیکی پس از فعال شدن یک آنزیم به نام Akt2 را مشخص کردند. این تحقیق، عملکرد درونی متابولیسم تنظیم شده توسط انسولین را مشخص کرد. این یافته ها راه را برای ابداع درمان هایی برای دیابت و اختلالات متابولیکی دیگر با هدف قرار دادن Akt2 ، باز می کند.

برای انجام هر کاری انرژی لازم است، و بدن انسان به لطف بسیاری از واکنش های مولکولی در سلول ها می تواند غذا را برای تبدیل گلوکز به انرژی متابولیزه کند. به محض خوردن غذا، لوزالمعده هورمون انسولین ترشح می کند که فرآیندهای متابولیکی مختلفی را آغاز می کند. گویی که این یک بازی رله مولکولی است، اتصال انسولین به گیرنده های آن باعث ایجاد یک زنجیره ی ارتباطی از طریق واکنش های مولکولی با واسطه آنزیم هایی به نام کیناز می شود و Akt2 یکی از این کینازها است که در فرآیندهای متابولیک سلولی که توسط انسولین تنظیم می شوند، نقش دارد.

متابولیسم سلولی، شامل بسیاری از مسیرهای مولکولی است که ذخیره مواد مغذی و تولید انرژی را تنظیم می‌کنند و همه تحت تأثیر یا تحت کنترل انسولین هستند. دکتر Ozawa گفت: ما بسیاری از بازیگران کلیدی درگیر در مسیرهای انسولین را می‌شناسیم. مطالعه ی این آنزیم به عنوان یکی از این بازیگران، کار آسانی نیست، زیرا متابولیسم سلولی مانند یک بازار شلوغ است کهRNA ها، پروتئین ها و متابولیت ها در آن به طور همزمان کار می کنند. این امر مطالعه یک مولکول زیستی خاص را در این فرآیند چالش برانگیز می کند، بویژه اگر یک بیومولکول به طور طبیعی کار نکند، و در نتیجه منجر به اختلالات متابولیکی مانند دیابت شود. بنابراین، ما برای مقابله با این مشکل چالش برانگیز این تحقیق را انجام دادیم.

آنها از یک روش تحلیلی جدید به نام تجزیه و تحلیل "ترانسومیکس" استفاده کردند که با فناوری "اپتوژنتیکس" آن را جفت کردند. فناوری اپتوژنتیکس به محققان اجازه داد تا به طور خاص Akt2 را با تابش نور به مولکول های Akt2 حساس به نور در داخل سلول ها فعال کنند. هنگامی که آنها یک چراغ را روشن می کنند، تمام مولکول هایAkt2 در غشای سلولی جمع می شوند. وقتی چراغ را خاموش کنید،Akt2 غیرفعال می شود. تجزیه و تحلیل ترانسومیکس داده های مقیاس بزرگ مولکول های زیستی درگیر در فرآیند متابولیک را با هم ترکیب می کند: پروتئین ها (پروتئومیکس)، ژن های بیان شده یا رونوشت هایRNA (ترانسکریپتومیکس)، و متابولیت ها (متابولومیکس).

برای درک نتایج فعال‌سازی Akt2، محققان Akt2 را در سلول‌های ماهیچه‌ای اسکلتی موش فعال کردند. سپس آنها داده‌های بزرگی را در مورد مولکول‌های زیستی تولید شده یا تخریب شده جمع‌آوری نمودند. تجزیه و تحلیلtransomics ، شبکه مولکولی تحریک شده توسط فعال سازی Akt2 را آشکار ساخت.

در کمال تعجب،Akt2  از مکانیسم های تنظیم متفاوتی در مقایسه با انسولین استفاده می کند. شبکه تنظیم شده باAkt2 ، شامل 9 ژن، 56 آنزیم متابولیکی و 23 متابولیت بود. اما شبکه تنظیم شده با انسولین شامل 32 ژن، 43 آنزیم متابولیکی و 18 متابولیت بود. در برخی از واکنش های متابولیکی، Akt2 به تنهایی عمل می کرد. در برخی دیگر با آنزیم های دیگر عمل می کرد. قابل ذکر است که Akt2 در شروع گلیکولیز که شامل تجزیه گلوکز برای تولید انرژی و متابولیسم نوکلئوتیدها است- سنتز یا شکستنDNA  وRNA - نقش حیاتی دارد.

این نتایج می تواند به روشن کردن مکانیسم های شروع بیماری ناشی از جهش در عملکردAkt2 ، کمک کند. این یافته ها همچنین می توانند به توسعه داروهایی که Akt2 را هدف قرار می دهند، کمک کنند. دکتر Ozawa گفت: چارچوب تحلیلی مورد استفاده ی ما در این مطالعه برای سایر مولکول‌های زیستی نیز قابل استفاده است. بنابراین، این رویکرد برای تجزیه و تحلیل عملکرد یک آنزیم خاص در داخل یک سلول قابلیت های زیادی دارد.

رفرنس:

Kawamura, G., et al. (2023) Optogenetic decoding of Akt2-regulated metabolic signaling pathways in skeletal muscle cells using transomics analysis. Science Signaling. doi.org/10.1126/scisignal.abn0782.

منبع:

https://www.news-medical.net/news/20230221/Researchers-reveal-the-metabolic-reactions-upon-activating-Akt2-enzyme.aspx