کشف سوئیچ سنجش انرژی و پیامدهای گسترده ی آن در بیولوژی و پزشکی

بیوشیمیست های انستیتو تحقیقاتی  Scrippsتوالی  ژنی را یافتند که می تواند فعالیت ژن میزبان خود را در پاسخ به سطوح انرژی سلولی تغییر دهد.

محققین این سوئیچ سنجش انرژی خاص  را در ژنهای باکتری یافتند. دانشمندان می توانند با هدف قرار دادن این سوئیچ رده ی جدید و قدرتمندی از آنتی  بیوتیک ها را بسازند. سوئیچ های سنجش انرژی مشابهی برای ژنهای  انسانی شناسایی شده است  که می تواند برای درمان اختلالات مرتبط با متابولیسم از جمله دیابت نوع 2 و بیماری قلبی مفید باشد.

به گفته ی پرفسور fedorاین کشف بعد جدیدی را به درک ما در مورد چگونگی  حس سلول و مدیریت سطوح انرژی که یکی از مهمترین فرآیندها در بیولوژی است ،افزوده است.

 این یافته ها بصورت آنلاین در ژورنال Nature chemical Biologyمنتشر گردید .

سنسور سوخت

این نوع از توالی ژن سوئیچینگ به عنوان یک riboswitchشناخته  شده است، زیرا به نظر می رسد این توالی بروی یک رشته ریبونوکلئیک اسید است که  از روی DNAیک  ژن، رونویسی شده است . برخلاف سایر ریبوسوئیچ های  شناخته شده که نسبتاً عملکرد های محدودی دارند، این ریبوسوئیچ به عنوان یک حسگر سوخت پایه  ی مولکولی است که انرژی تمام سلولهای زنده را فراهم  می کند و در کنترل بسیاری از ژنها نقش دارد.

این ریبوسوئیچ جدید یک مولکول کوچک به نام آدنوزین تری فسفات (ATP)که واحد استاندارد انرژی شیمیایی برای همه ی ارگانیسم های شناخته شده بروی کره زمین است را شناسایی می کند.

 دانشمندان تصور می کردند که سلولها تنها با استفاده از پروتئین های نسبتاً پیچیده و بزرگ به سنجش این مولکولهای پرانرژی و مهم می پردازند و براین اساس فعالیت های سلول را تنظیم می کنند. تا به حال هیچکس حسگر ATPرا در میان ریبوسوئیچ هایی که می توانند فعالیت سلول را در سطح بنیادی تری تغییر دهند(معمولاً از طریق  قطع رونویسی از یک ژن بروی DNA) نیافته بود.

علاوه بر این ریبوسوئیچ هایی که قبلاً توضیح داده شده اند سنسورهای بازخوردی  نسبتاً ساده ای هستند که مسیرهای متابولیکی باریکی را تحت تأثیر قرار می دهند . اکثر  آنها صرفاً به سنجش وتنظیم سرعت بیان ژن میزبان خود می پردازند. به گفته ی  دکتر fedorاین اولین ریبوسوئیچ است که در تنظیم سوخت و ساز جهانی نقش دارد.

در سالهای اخیر دکتر fedorو گروه تحقیقاتی اش به وجود چنین ریبوسوئیچی اشاره کرده بودند. بسیاری از توالی های RNAبا فعالیت ریبوسوئیچی هرگز  توصیف نشده اند و چندین ریبوسوئیچ در باکتری، مولکولهایی که بسیار مرتبط با ATPهستند را حس می کنند. دکتر fedorو یکی از دانشجویانش (Peter x. Watson)در آزمایشگاه، تحقیقاتی را برای یافتن سوئیچ های باکتریایی  که ATPرا واقعاً حس میکنند، آغاز کردند.

 این تحقیق بیش از آنچه که تصور می شد چالش برانگیز بود زیرا واتسون به سادگی نمی توانست ریبوسوئیچ های مشکوک را در معرض ATPقراردهد تا ببیند کدامیک بهتر به مولکولهای انرژی متصل می شوند. ATPبا غلظت بالا در سلول یافت می شود و اندرکنش آن با سنسورهای پروتئینی شناخته شده اش لزوماً زود گذر و با میل ترکیبی پایین است، بنابراین انتظار می رفت اندرکنش با ریبوسوئیچ نیز به همین صورت باشد.

اما شواهد نشان داد که اندرکنش یک RNAبا یک مولکول شبه ATP  به طریقی صورت می گیرد که اجازه ی ایجاد یک جفت شدن مختصر را در حین  این عمل به آنها می دهد ( با استفاده از یک تابش ماوراء بنفش که می تواند  یک پیوند عرضی شیمیایی بسیار قوی را بین دو مولکول ایجاد کند)،

به این ترتیب واتسون یک کشش آشکار بین ATPو RNAمتصل شده به یکدیگر را کشف کرد که آن را موتیف ydaoنامید.

واتسون با انجام آنالیزهای نقشه های ساختاری موتیف ydaoاتصال به ATPو محل دقیق اتصال را بررسی کرد. اتصال ydaoبه یک ژن گزارشگر که او در سلولهای باکتری یافته بود نشان  داد که اگر ydaoواقعاً یک ریبوسوئیچ سنجش ATPباشد، میزان بیان ژن گزارشگر هنگامیکه مقدار ATPدرحد طبیعی است پایین و هنگامیکه مقدار ATPافت می کند به سرعت افزایش می یابد همانطور که انتظار می رفت .

حتی درسلولهای دست نخورده ی باکتری Bسابتیلوس میزان بیان این ژنها که به طور معمول شامل موتیف ydaoهستند درپاسخ به غلظت ATPبه  صورت مشابهی کم و زیاد می شود.

موتیف ydaoدر زیر گروه بزرگی از باکتریها که به باکتریهای گرم مثبت معروف هستند، ایجاد می شود درمیان این گونه های باکتری تا بحال 580 ژن مجزا شناسایی شده است این ژنهای تنظیم شده توسط  ydaoپروتئین هایی را کد می کنند که طیف گسترده ای از  اعمال در سلول از متابولیسم دیواره ی سلولی تا انتقال اسید آمینه را بعهده دارند.

به گفته ی Watsonاین بدان معناست که یک ریبوسوئیچ که در  کنترل اعمال مختلف ونامتجانس نقش دارد به یک متابولیت اصلی نظیر ATPپاسخ می دهد.

احتمالات جدید

 این یافته ها دارای اهمیت فراوانی در علوم پایه است زیرا برای  اولین بار اتصال یک ریبوسوئیچ به ATPرا مشخص کرده است.

 همچنین برای اولین بار ریبوسوئیچی شناخته شده است که چنین نقش  تنظیمی گسترده ای دارد . به همین علت این احتمال وجود دارد که RNAدر تنظیم کلی متابولیسم نقش داشته باشد.

 این واقعیت که موتیف های ydaoبه عنوان کلید خاموش برای ژنهای کلیدی باکتری است، می تواند آنرا به عنوان هدف جدیدی برای آنتی بیوتیک های  جدید در آورد . هدف قرار دادن این ریبوسوئیچها با یک مولکول کوچک دارویی که بتواند رفتاری مشابه با ATPرا تقلید کند اما قادر به روشن کردن  ژنهایی که در رشد باکتری و بقا آن نقش دارند نباشد ،می تواند روش مطمئنی برای مقابله با باکتریها باشد. محققین آزمایشگاه دکتر fedorدرحال حاضر در جستجوی ریبوسوئیچ های حسگر ATPدر باکتری و در ارگانیسم های بالاتر از جمله انسان هستند.

 چنانچه یک ریبوسوئیچ حسگر ATPانسانی با داروی مناسبی هدف قرار گیرد ، دانشمندان قادر به تغییر فعالیت سلول به روشی می شوند که بتوان از آن در درمان اختلالات شایع متابولیکی مانند دیابت نوع 2 استفاده  کرد. دیابت نوع 2 بیماریی است که صدها میلیون نفر در دنیا به آن مبتلا هستند و از خصوصیات آن تنظیم ناصحیح غلظت ATPدر سلولها می باشد.

 منبع: www. medicalnewstoday.com