نوع جدیدی از تغییر پروتئینها و نقش آن در سرطان و دیابت

دانشمندان انستیتو تحقیقاتی Scripps(TSRI)نوع جدیدی ازتغییر شیمیایی را کشف کردند که بر تعدادی از پروتئین ها در سلولهای پستانداران تأثیر می گذارد. بنظر می رسد این تغییرات به عنوان تنظیم کننده ی فرآیندهای مهم سلولی ازجمله متابولیسم گلوکز عمل  می کنند. مطالعات بیشتر بروی این تغییرات ایده های جدیدی درمورد دیابت ، سرطان  وسایر اختلالات را آشکار خواهد نمود.

Cravatt.Benjamin Fمدیر بخش کمیکال فیزیولوژی انستیتو Skaggsدر TSRIمی گوید : بنظر می رسد این تغییرات یک مکانیزیم بازخوردی ذاتی در متابولیسم قند است اما عملکرد آنها در داخل سلول چه خواهد بود؟ نتایج این تحقیق 2 آگوست 2013 در مجله ی Scrippsمنتشر گردید.

در جستجوی تغییر دهنده های جدید پروتئینی

آزمایشگاه دکترCravattمدتهای طولانی است که بروی تغییر دهنده های شیمیایی طبیعی تحقیق  می کند، تغییر دهنده هایی که می توانند عملکرد پروتئینها را در حشرات تغییر دهند، فعالیت های بیولوژیک آنها را خاموش یا روشن کرده یا فعالیت آنها را تغییر دهند. درک بهتر این تغییرات که شامل فسفوریلاسیون (افزوده شدن یک مولکول کوچک بنام گروه فسفات به یک مولکول) واستیلاسیون (افزوده شدن گروه استیل) می باشد، دراین تحقیقات مد نظر بود.

دکتر Cravattودکتر Moellering( دانشجوی پست دکتری) برای این منظور تصمیم گرفتند به بررسی مولکول کوچک 1,3-BPGرا یا 1و3 بیس فسفوگلیسرات بپردازند. بر اساس ساختار شیمیایی این مولکول دانشمندان پیشنهاد  دادند که این مولکول به آسانی می تواند با سایر پروتئین ها اندرکنش دهد تا بصورت  نیمه دائمی سبب تغییر عملکرد پروتئین ها شود ، مولکول 1,3-BPGیکی از اصلی ترین مولکولهای حد واسط تولید شده درطی گلیکولیز است؛ گلیکولیز مسیر متابولیکی  اصلی درتبدیل گلوکز به سوخت سلولی است.

دکتر Moelleringیادآوری می کند که واکنش پذیری ذاتی مولکول 1,3-BPGبرای چنین متابولیت مرکزی عجیباست. آزمایشات اولیه درلوله ی آزمایش توسط دکتر Moelleringنشان داد که مولکول 1 و 3 بیس فسفوگلیسرات  به اسیدهای آمینه ی لیزین برای تغییرآنزیم GAPDHمتصل می شوند. او می گوید: این آنزیم درتولید 1 و 3 بیس فسفوگلیسرات نقش دارد. این موضوع نشان می دهد که این واکنش اتفاق می افتد بنابراین باید بدنبال  آن در سلولها باشیم.

نقش درمتابولیسم گلوکز

بعد از اختراع روش های جدید برای تشخیص این تغییرات لیزینی منحصر بفرد درسلولهای انسانی درمحیط کشت ، دکتر Moelleringبزودی دریافت که این تغییرات بروی سایر آنزیم های متابولیز کننده ی گلوکز همچنین بروی پروتئین هایی که ظاهراً با متابولیسم گلوکز مرتبط نمی باشند نیز بوقوع می پیوندد.

دکتر Moelleringمی گوید: باهر قدمی که جلوتر رفتیم ، پروژه  جالب تر شد زیرا ما علایمی  را یافتیم که نشان می دهد این واکنش در سلولها و بافت های حیوانی غالباً رخ می دهد، همچنین این واکنش درمکانهایی از سلول که انتظار نمی رود نیز اتفاق می افتد.

دکتر Moelleringامضای تغییرات لیزینی جدید را نه تنها درپروتئین ها در حجم اصلی سلول یعنی سیتوسل  مشاهده کرد بلکه در هسته که حاوی DNAسلول است و حتی بروی اجزائ غشاء سلول نیز مشاهده نمود.

دکتر Cravattمی گوید: بنظر می رسد که هر جایی که آنزیم GAPDHدر داخل سلول حرکت می کند قادر به کاتالیز و تولید 1,3-BPGدرآن محل است و به دنبال آن این مولکول با سایر پروتئین ها برای تغییر ساختمان  و عملکرد آنها واکنش می دهد.

دکتر Moelleringدریافت وقتیکه مولکول 1,3-BPGبه لیزین موجود بروی آنزیم های متابولیزکننده ی قند متصل می شود از فعالیت آنها ممانعت می کند  در نتیجه فرآیندهای مرکزی گلوکز کند شده و بدنبال  آن متابولیت های خاصی از گلوکز در مسیر این فرآینده ها تجمع می یابند.

Moelleringو Cravatt  به این موضوع مشکوک هستند که این متابولیت های انباشته شده وارد فرایندهای دیگر سلول درکنار فرآیند اصلی سوخت و ساخت سلولی می شوند، فرآیندهایی برای سنتز مولکولهای جدید وحتی تکثیر سلول.

Moelleringهمچنین کشف کرد که 1,3-BPGو تغییر ایجاد شده بر اثراتصال آن به پروتئین ها هنگام افزایش مقدار قندخون بیشتر می شود . درمتابولیسم گلوکز  به نظر می رسد تغییر 1 و3 بیس فسفوگلیسرات به عنوان یک تغییر بسیار قدیمی است که  به عنوان یک مکانیزم  بازخوردی قدیمی برای تنظیم یک میسر متابولیکی اصلی بکار گرفته شده است.

تحقیقات بعدی

 فرآیندهای غیرطبیعی گلوکز در سلول مشخصه ی بسیاری از بیماریهای اصلی  از جمله سرطان و دیابت  است. برای مثال درسلولهای سرطانی مقدار قند 20 برابر بیش از سلولهای غیر سرطانی  از همان نوع است. دکتر Moelleringمی خواهد بداند مولکول 1 و3 بیس فسفوگلیسرات  بخشی از این مشکل در چنین سلولهایی است؟

1,3-BPGدرغلظت های بالا ، بطور متقاعد  کننده ای می تواند به رانده شدن متابولیسم گلوکز به سمت تکثیر سلولی که مشخصه ی اصلی سرطان  است، کمک کند.

دکتر Cravattو Moelleringهمچنین می خواستند درمورد تغییرات  لیزین بیس فسفوگلیسرات درهسته واجزاء غشاء سلول جایی که شواهدی از این تغییر مشاهده  میشود، اطلاعاتی بدست آورند.      دکتر Moelleringمی گوید: ما درمورد نقش این تغییر در  اتصال متابولیسم گلوکز به سایر مسیرها شاید به عنوان نوعی ازمکانیزم پیام رسانی مشکوک هستیم.

همچنین Moelleringکشف کرد آنزیم هایی وجود دارند که تغییرات لیزین ایجاد شده توسط 1 و 3 بیس فسفوگلیسرات را معکوس می کنند که این تاکیدی است بر این موضوع  که این تغییرات احتمالاً یک مکانیزم اساسی و دینامیک درسلول است.

 دکتر Cravattمی گوید: ما علاقه مندیم بدانیم کدامیک از آنزیم ها این تغییر را حذف می کنند  زیرا بر این اساس ما با استفاده ازممانعت کننده های این آنزیم ها می توانیم میزان این تغییرات را کنترل  کنیم و درک بهتری از فعالیت بیولوژیکی آن و شرایطی که درطی آن رخ می دهند بدست آوریم.

منبع: www.sciencedaily.com/releases/2013/08/130801155716.htm