الخلايا لديها أيضا للحفاظ على النظام

كيف تضمن الخلايا التوزيع المكاني للبروتينات

تسجيل التوزيع المكاني لرأس (الفلورسنت الأزرق) ، والذي يحدث بشكل متكرر في غشاء الخلية (الحافة) وفي جهاز جولجي (وسط). يُظهر المونتاج الضوئي كيف يتم الحفاظ على نمط توزيع رأس في حالة توازن: يتم نقل رأس الأحماض الدهنية الراسية (الحمراء) بواسطة جهاز Golgi إلى فقاعات الغشاء (الدوائر الزرقاء) إلى غشاء الخلية. يزيل الإنزيم APT1 (الأخضر) مرساة palmitoylation لجزيئات Ras التي هاجرت من غشاء الخلية إلى أغشية أخرى. يمكن الآن أن يطفو رأس Ras (برتقالي) depalmitoylated بحرية في الخلية ويتم امتصاصه في جهاز Golgi. ثم تبدأ الدورة مرة أخرى. وبالتالي ، تستخدم الخلايا مبدأًا بسيطًا لتوصيل Ras وغيره من البروتينات palmitoylated إلى وجهتها: مركز توزيع محلي (Golgi) ، وإيصال موجه إلى الموقع الهدف ، وإزالة شاملة للهدف (إزالة التحلل) يتبعها إعادة إدخال في دورة النقل. © فيليب باستيانس
قراءة بصوت عال

كل الحياة على الأرض مهددة بالاضطراب. لذلك ، يجب أن تحتفظ الخلية باستمرار بترتيب إنفاقها على الطاقة. اكتشف علماء ماكس بلانك الآن كيف تضمن الخلايا التوزيع الصحيح للبروتينات بداخلها. يقدمون نتائجهم الجديدة في العدد الحالي لمجلة "الخلية".

بعد ذلك ، يتم تزويد العديد من البروتينات التي سيتم نقلها إلى غشاء الخلية بمرساة للأحماض الدهنية ، والتي تعمل على تثبيتها في غشاء الخلية. ومع ذلك ، نظرًا لأنها تدخل أيضًا في أغشية عضيات الخلية من هناك ، تتم إزالة المرساة بواسطة هذه البروتينات بعد وقت قصير. على عكس النقل إلى الغشاء ، فإن هذا التسرب يملأ الخلية بشكل غير محدد. وهكذا كشف الباحثون عن مبدأ بسيط تحكم بموجبه الخلايا في التوزيع المكاني المعقد للبروتينات وبالتالي الحفاظ على حالة عالية من النظام.

النتائج قد تفتح أيضا طرق جديدة في علاج السرطان. لأنه في دراسة أخرى ، تمكن العلماء من تعطيل التوزيع المكاني لبروتين السرطان Ras بنجاح باستخدام مثبط جديد وبالتالي تعطيل وظيفته.

الخلية كما حشد الفناء

داخل الخلية ، يجب نقل عدد كبير من المواد. كحشد منظم يخدم ما يسمى جهاز Golgi. داخل هذا العضوي ، المحاط بغشاءه الخاص ، يتم تقديم البروتينات والمواد الأخرى وظيفيًا ونقلها واضحًا. من غشاءها ، يتم تثبيت الفقاعات الصغيرة - الحويصلات - وتوجيهها إلى مواقعها المستهدفة.

يتم توفير الكثير من البروتينات التي يتم نقلها إلى غشاء الخلية مع جزيء الأحماض الدهنية. من خلال ما يسمى بالميتويليسيل ، تتلقى بروتينات الغشاء نوعًا من ملصقات العنوان ويتم نقلها إلى غشاء الخلية. طعنات الخلية بهذا النقل الموجه من جهاز Golgi إلى غشاء الخلية ضد "التسرب" المستمر إلى أغشية أخرى. لأنه بالإضافة إلى غشاء الخلية ، تمتلئ الخلية بأغشية العضيات ، والتي تتواصل مع بعضها البعض عبر الحويصلات. ونتيجة لذلك ، تصل أيضًا بروتينات الغشاء المتشاحن بالميتويل ، والتي كانت مخصصة أصلاً لغشاء الخلية فقط ، إلى مواقع أخرى. بمرور الوقت ، سيتم توزيع هذه البروتينات بشكل عشوائي داخل الخلية. عرض

مجسات الجزيئية المخصصة

أصبح الباحثون في معهد ماكس بلانك للفيزيولوجيا الجزيئية في دورتموند قادرين الآن على استخدام تقنيات الفحص المجهري الجزيئي لرصد المجسات الجزيئية المصممة خصيصًا في الخلايا الحية وتحليل موقع ونقل البروتينات palmitoylated في الوقت الحقيقي. وجدوا أن palmitoylation يحدث بشكل رئيسي على جهاز Golgi. من هناك ، تصل البروتينات palmitoylated على سطح البثور الحادة إلى غشاء الخلية. لمنع تراكم البروتينات في الأغشية الأخرى ، تزيل الإنزيمات الخاصة مرساة الأحماض الدهنية بشكل عشوائي من جميع البروتينات palmitoylated.

ثم تطفو البروتينات بحرية عبر الخلية حتى يتم إعادة إدخالها في آلية نقل جهاز Golgi. وبالتالي ، تضمن الخلية أن البروتينات التي يتم توجيهها بطريقة خاطئة يتم تغذية مستمرة وسريعة إلى شبكة النقل ونقلها إلى وجهتها الصحيحة.

"هذه الحالة ، التي ليست في حالة توازن ولا يمكن تحملها إلا في ظل الإنفاق الثابت للطاقة ، تميز كل الحياة - على عكس النظم المعقدة غير الحية مثل البلورات ، والتي تعتمد حالة من التوازن مع الحد الأدنى من الطاقة" ماكس ، يشرح عالم ماكس بلانك فيليب باستيانس. لقد اكتشف الباحثون بالتالي مبدأ أساسي للحياة.

حل بسيط للمهام المعقدة

لكن كيف تعرف الخلية أي البروتينات في جهاز جولجي يجب أن تتلقى تسمية عنوان لغشاء الخلية؟ وفقا للعلماء ، يمكن لأي بروتين الحصول على مرساة دهنية إذا كان سيستيمين الأحماض الأمينية يمكن الوصول إليه بسهولة على سطح البروتين. ثم يتم نقلها تلقائيًا إلى غشاء الخلية. لذلك ، بالنسبة لعمليات النقل هذه ، لا توجد مستقبلات ضرورية لربط البروتين المراد نقله على وجه التحديد.

هذا ، وفقًا للعلماء ، مثال رائع على كيفية التحكم في العمليات المعقدة بواسطة قواعد فيزيائية وكيميائية بسيطة للغاية. للوهلة الأولى ، فإن تحديد تلك البروتينات التي تحتاج إلى نقلها إلى مكان محدد ، وتحديد عمليات النقل الخاطئة ، ومنعها من الانتشار أكثر من الوجهة أمر صعب للغاية.

ومع ذلك ، يمكن للخلية القيام بذلك بطريقة بسيطة للغاية بدون مستقبلات إضافية أو آليات تنظيمية. غالبًا ما تعمل أنظمة التنظيم الذاتي الأخرى ، مثل حالات الحشرات ، على مبادئ بسيطة نسبيًا. خلاف ذلك ، لم يتمكنوا من التعامل مع مهامهم المتعددة.

هذه النتائج هي علامة فارقة. سوف يغيرون طريقة إجراء البحوث في بيولوجيا الخلية في المستقبل. لأنه فقط إذا عرفنا المبادئ التي تعمل بها الحياة فسنكون قادرين على فهمها حقًا. التركيز على العديد من مسارات الإشارات المختلفة داخل الخلية لا يساعدنا أكثر من ذلك بكثير ".

عقار جديد يمنع البروتين السرطاني

ومع ذلك ، قطعت المجموعة البحثية خطوة إلى الأمام وأنشأت الأساس لتطبيق محتمل للنتائج في علاج السرطان. البروتين Ras هو أحد الأعضاء البارزين في بروتينات palmitoylated. يمكن العثور على طفرات في الجين ras في العديد من الأورام. ومع ذلك ، فهي تعمل بكامل طاقتها فقط إذا تم تثبيتها في غشاء الخلية ولم تدخل في أغشية أخرى. لذلك طور الباحثون المانع بالستاتين ب ضد الانزيم المسؤول عن انشقاق المراسي الحمضية الدهنية.

إذا تم إيقاف تشغيل هذا الإنزيم ، فسيظل الراس المتشبع الراسي مثبتًا في غشاء الخلية ومن هناك إلى غشاء عضيات الخلية الأخرى. "كان هذا نهجا جديدا تماما يتناقض في الواقع مع المنطق السليم. لهذا السبب لم يتابع البحث الصيدلاني ذلك مطلقًا. "لأننا لم نمنع النقل الموجه من جهاز Golgi ، لكننا روجنا للتوزيع العشوائي في الخلية" ، كما أوضح الباحث Max Planck Herbert Waldmann.

مع Palmostatin B ، تمكن العلماء من تثبيط بروتين رأس لأول مرة دون القضاء عليه تماما. إذا كان رأس الخاملة تماما ، حتى الخلايا السليمة تموت. التوزيع العشوائي داخل الخلية ، من ناحية أخرى ، يمنع التأثير المشؤوم لبروتين رأس متحور. الخلايا السرطانية تصبح خلايا طبيعية مرة أخرى. بفضل هذا الاكتشاف ، يمكن علاج الأورام التي تعتمد على رأس يوم واحد بلطف ، دون الإضرار بالخلايا السليمة.

(Max Planck Society، 04.05.2010 - DLO)