قصة ميلاد خيوط الأكتين - ساينسوفيليا 

by :  Sherif ali mohamed ahmed

Zoology department, faculty of

science, assuit University

revised by : Muhammad Yasser alsedfy

biomedical researcher scientist

مقدمة

تحتوي الخلايا حقيقية النواة على ما يسمى بالهيكل الخلوي (بالإنجليزية cytoskeleton )،ويلعب الهيكل الخلوي دور هام في تنظيم حركة الخلايا وانقسامها والحفاظ على الشكل الخاص بها. يتكون الهيكل الخلوي من شبكة معقدة من الخيوط والأنيبيبات الدقيقة الي توجد في صورة بوليمرات بروتينية من هذه البوليمرات ما يعرف بخيوط الأكتين (بالإنجليزية  actin filaments  )

 

خيوط الأكتين

بقطر ٧ نانومتر تعتبر خيوط الأكتين هي الاصغر في الهيكل الخلوي، تعرف خيوط الأكتين بدورها الهام في انقباض الخلايا العضلية مع خيوط الميوسين ولكن لا ينحصر وجودها فقط على هذا النوع من الخلايا بل توجد في معظم انواع الخلايا حقيقية النواه، ولها دور هام في العديد من الظواهر الخلوية مثل هجرة الخلايا وبعض الوظائف التركيبية داخل الخلية.

 

تتكون خيوط الأكتين من منمرات تسمى G-actin  ، تتجمع هذه المنمرات مكونة سلسة تسمىF-actin   خيط الأكتين يتكون من سلسلتين متجاورتين من ال F-actin  دون ارتباط. تمتلك خيوط الأكتين خاصية قطبية حيث انها تمتلك نهاية موجبة واخرى سالبة تشير إلى اتجاه نمو الخيط. تُكون جزيئات الأكتين هذه الخيوط بشكل تلقائي حتى في محاليل في أنبوبة اختبار، لكن تنظم الخلايا بلمرة المنمرات الي خيوط من خلال بروتينات مساعدة حيث تعمل كمفاتيح حيث تقوم بالبلمرة في الوقت المناسب.

 

في بداية بلمرة خيوط الأكتين تتجمع ثلاث منمرات من G-actin  تتصل ببعضها البعض بشكل مستقر حيث تعمل كنواة لبناء خيط الأكتين، وتعرف هذه العملية بالتَّنَوِي (بالإنجليزية nucleation )

خيوط الأكتين توجد في الخلية على هيئة شبكة متفرعة من الخيوط، حيث أن خيوط الأكتين الجديدة تنمو على شكل تفرعات من خيوط الأكتين الموجودة سابقا.

يتم توليد الفروع الجديدة من خيوط الأكتين بواسطة مركب بروتيني يسمى بروتين ارتباط خيوط الأكتين ٢و٣ (بالإنجليزية Actin related protein 2 and 3  ،والذي يختصر بالرمز Arp 2/3 ) ،يتكون هذا المركب من سبع وحدات بروتينية اهمها الوحدة Arp 2  و الوحدة Arp3 ، تمثل هذان الوحدتان نقطة البداية عن الطرف السالب من خيط الأكتين القديم لتبدأ لحظة تنوي خيط جديد في شبكة خيوط الأكتين اما باقي وحدات المركب تشارك في اتحاد المركب بخيط الأكتين وتنظيم عملية التنوي

by: mahammed h. shabaan

مركب Arp 2/3  يوجد في الخلية في الحالة الغير نشطة، يتحول المركب من الحالة الغير نشطة الي الحالة النشطة عند ارتباطه بخيط الأكتين ويُحَفز بواسطة مجموعة من البروتينات تسمى عوامل تعزيز عملية التَّنوِي (بالإنجليزية nucleation promoting factors  ، وتختصر بالرمز NPFs ) مثل مجموعه من البروتينات تسمى WASP

رصد لحظة الميلاد    

على الرغم من خضوع مركب Arp 2/3  الباني للنواة اللازمة لبناء خيوط الأكتين إلى إعادة بناء هيكلية أثناء التنشيط بواسطة NPFs  لم يتم التعرف على المسار المؤدي الي الحالة المختصة بالتنوي وذلك بسبب عدم توافر التراكيب عالية الدقة للحالة النشطة للمركب، ولكن تم رصد صورة عالية الدقة لمركب Arp 2/3  المُنشَط باستخدام بروتين Dip 1  في نوع من الخميرة يسمى Schizosaccharomyces pombe  وذلك باستخدام الميكروسكوب الإلكتروني فائق البرودة  Cryo – EM  وتم الكشف عن تغيرات عامة في المركب ككل وتغيرات محلية على مستوى الوحدات المكونة للمركب والتي تسمح للبروتينين المرتبطين بالأكتين في مركب Arp 2/3  بصنع نواة مماثلة لنواة خيط الأكتين المتصل به المركب لصنع خيط اكتين جديد. يحدث التنشيط في مركب Arp 2/3  عن طريق آلية لف المشبك ( بالإنجليزية clamp – twisting mechanism ) حيث يجبر بروتين Dip1  المُنشِط لمركب Arp 2/3  وحدتين في نفس المركب على الدوران حول بعضهما البعض مما يؤدي إلى تحويل المركب إلى موضع نشط جديد.

 

by: mahammed h. shabaan

 معرفة التركيب الدقيق لمركب Arp 2/3  في الحالة النشطة لا يُمكنُنا فقط من سد فجوة معرفية في مجال بيولوجيا الخلية ولكن بالاستمرار في إجراء ابحاث اكتر تفصيلا عن المركب سيساعدنا ذلك في بناء فهمنا للأسباب الكامنة وراء عدد من الأمراض مثل السرطان، الالتهابات البكتيرية والفيروسية و مشاكل التئام الجروح وذلك بهدف تطوير علاجات جديدة لهذه الأمراض.

 

المراجع

1-Liljas, A. et al. in Textbook of structural biology 8, 481–492 (World Scientific, 2017).

2-Shaaban, M., Chowdhury, S. & Nolen, B. J. Cryo-EM reveals the transition of Arp2/3 complex from inactive to nucleation-competent state. Nature Structural & Molecular Biology 27, 1009–1016 (2020).

3-EurekAlert. Study revealing structure of a protein complex may open doors to better disease research. EurekAlert! (2020). Available at: https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-08/sbu-srs082520.php. (Accessed: 16th January 2021)