معلومة

هل يختلف تفاعل البروتينين عبر الأنسجة المختلفة؟

هل يختلف تفاعل البروتينين عبر الأنسجة المختلفة؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لنفترض أن البروتين A و B كلاهما وفير في الأنسجة X والأنسجة Y. هل يتفاعل A و B في X ولكن لا يتفاعلان في Y؟

أعتقد أن A و B يمكن أن يكونا مؤشرين بيولوجيين لمرض معين ، وفي الأنسجة المرضية تظل كميةهما دون تغيير نسبيًا ولكنها لم تعد تتفاعل ، وبالتالي تفقد وظائفها وتسبب المرض.

أحد الشروط المحتملة هو أن A و B لا يتفاعلان بشكل مباشر ولكنهما يتطلبان بروتينًا ثالثًا C ليعمل بمثابة سقالة لتكوين المركب A-C-B. لذلك عندما يتم التعبير عن C في النسيج X وليس في Y ، فإننا نلاحظ هذه الظاهرة.

هل هناك آليات أو أمثلة أخرى؟


إن مثالك على التفاعل الذي يتم بوساطة بروتين سقالة هو بالتأكيد أحد طرق التحكم في تفاعلات البروتين. لا يحدث هذا فقط في الأنسجة المختلفة أيضًا ، بل يستخدم أيضًا للتحكم الدقيق في تفاعل بروتينات معينة داخل خلية واحدة ، وأبرز مثال على ذلك هو الكينازات في مسار MAP (انظر على سبيل المثال هذه الورقة).

هناك احتمال آخر يمكنني رؤيته وهو أن A و B يمكنهما التفاعل ، ولكن فقط إذا تم تعديل أحدهما (على الأقل) ، على سبيل المثال عن طريق الفسفرة - لذلك يحدث التفاعل الفعلي مع Ap و B. في حالة كهذه ، من غير المحتمل أن يتم التعبير عن البروتين الذي يعدل A فقط (أو نشطًا) في أنسجة معينة ، مما يعني أن A (-p) و B يمكنهما فقط تتفاعل في هذه الأنسجة.


فك رموز التفاعلات بين الخلية والخلية والتواصل من التعبير الجيني

تعمل التفاعلات بين الخلية والخلية على تنسيق التطور العضوي والتوازن ووظائف الخلية المفردة. عندما لا تتفاعل الخلايا بشكل صحيح أو تفك تشفير الرسائل الجزيئية بشكل غير صحيح ، فإن المرض يستتبع ذلك. وبالتالي ، أصبح تحديد مسارات الإشارات بين الخلايا وتحديدها كميًا تحليلًا شائعًا يتم إجراؤه عبر تخصصات متنوعة. أتاح التوسع في قواعد بيانات التفاعل بين البروتين والبروتين والتطورات الحديثة في تقنيات تسلسل الحمض النووي الريبي إجراء تحليلات روتينية للإشارات بين الخلايا من قياسات التعبير الجيني لمجموعات البيانات المجمعة وحيدة الخلية. على وجه الخصوص ، يمكن استخدام أزواج مستقبلات ligand لاستنتاج الاتصال بين الخلايا من التعبير المنسق لجيناتهم المتشابهة. في هذه المراجعة ، نسلط الضوء على الاكتشافات التي تم تمكينها من خلال تحليلات التفاعلات بين الخلايا والخلايا من البيانات النصية ومراجعة الأساليب والأدوات المستخدمة في هذا السياق.


يتفاعل البروتين عبر شجرة الحياة

تُظهر شجرة النشوء والتطور التالية 1539 بكتيريا و 111 عتائقًا و 190 حقيقية النواة. مع انقراض أنواع الأجداد ، فقدت تفاعلات البروتين القديمة ، ولا يتوفر لنا سوى تفاعلات الأنواع الحالية. لكل نوع ، نقوم ببناء شبكة PPI منفصلة ، أي تفاعل البروتين. يلتقط التفاعل جميع التفاعلات الفيزيائية للبروتين والبروتين داخل نوع واحد ، من تفاعلات البروتين الفيزيائية الحيوية المباشرة إلى البروتينات التنظيمية والتفاعلات الأيضية.


أسس لعلم الأحياء التخليقي للبروتين

تهدف البيولوجيا التركيبية إلى تمهيد الطريق للهندسة الروتينية للأنظمة البيولوجية المعقدة (13 ، 15). في الواقع ، تعتبر أسس البيولوجيا التركيبية للبروتين أكثر صلابة من العديد من المجالات الأخرى في هذا المجال الجديد. تدعم الصناعة بأكملها علماء الكيمياء الحيوية في معالجة وإنتاج البروتينات المؤتلفة. توفر المبادرات الصغيرة والكبيرة تراكيب ذرية (16) ، ومجهر إلكتروني (17) وطرق أخرى تنتج صورًا للتجمعات الكبيرة ومجموعة واسعة من الأساليب الفيزيائية الحيوية مخصصة للدراسة التفصيلية لوظيفة البروتين وديناميكياته. الأساليب التجريبية تكملها مجموعة غنية من أدوات النمذجة. تصف حسابات ميكانيكا الكم آليات التفاعل السريع على المستوى دون الذري (18). تدفع استراتيجيات الميكانيكا الجزيئية بمحاكاة الديناميكيات الذرية إلى النطاق الزمني الميكروثانية (19). تدعم التقريبات ذات الترتيب الأعلى (18) التصميم العقلاني (20) ، والفحص الظاهري لشركاء الربط (21) أو التنبؤ بالهياكل (22) وهندسة التجميع (23). منحت ، لا شيء من هذا سهل. من ناحية أخرى ، يتمتع علماء البيولوجيا التركيبية برفاهية انتقاء الأنظمة جيدة التوصيف التي تعمل هذه الطرق من أجلها بالفعل. وبالتالي يمكن لمهندس أنظمة البروتين إنشاء سلسلة شبه كاملة من المعلومات من الكميات العيانية مثل ثوابت المعدل أو الثبات وصولاً إلى التفاصيل دون الذرية. في المقابل ، تعتمد معظم مشاريع البيولوجيا التركيبية حاليًا على فن "هندسة الصندوق الأسود" مع فهم جزئي فقط للأنظمة التي يتعاملون معها. شبكات الجينات الاصطناعية ، على سبيل المثال ، تعتمد على آليات النسخ والترجمة المعقدة وتخضع لتغير حالة الخلية و "الآثار الجانبية" الأخرى. ستكون الدوائر التي تحتوي على البروتين فقط قابلة لمنهج تصميم أكثر عقلانية - يمكن تحسينها في المختبر ويتم اختبارها في محاليل أو مقتطفات ذات تعقيد متزايد قبل توظيفها في الخلايا الفعلية. قد توفر الأجهزة القائمة على RNA (24) أو أنظمة حساب DNA (25) مستويات مماثلة من التحكم ، وكما هو الحال في الخلايا الطبيعية ، يمكن أن تكمل أجهزة DNA و RNA والبروتينات بعضها البعض في المستقبل في الأنظمة الاصطناعية (15).

لقد نضجت هندسة البروتينات الفردية إلى تخصص علمي كامل مع تطبيقات مهمة. تقليديا ، كان هذا المجال تهيمن عليه طرق التطور الموجه التي تقوم بتجميع مجموعات كبيرة من البروتينات بتسلسل عشوائي جزئيًا (26). في الآونة الأخيرة ، أصبحت طرق تصميم البروتين الحسابي ناجحة بشكل متزايد في الهندسة القائمة على الهيكل لطيات البروتين والتفاعلات والأنشطة (20). مزيج من كلا النهجين بلغ ذروته مؤخرًا في من جديد تصميم إنزيمين (27 ، 28) بأنشطة جديدة غير موجودة في الطبيعة. على الرغم من ذلك ، يحول مهندسو البروتين انتباههم بشكل متزايد من معالجة المخلفات داخل البروتينات الكروية الفردية إلى إعادة التركيب والدمج لمجالات البروتين الكاملة (29-32).


بيولوجيا الخلية الأفقية: مراقبة التغيرات العالمية لحالات تفاعل البروتين باستخدام اختبار التحول الحراري الخلوي على مستوى البروتيوم (CETSA)

اختبار التحول الحراري الخلوي (CETSA) هو تقنية فيزيائية حيوية تسمح بإجراء دراسات مباشرة لربط الترابط بالبروتينات في الخلايا والأنسجة. تم الآن تطبيق تطبيق CETSA على مستوى البروتين مع الكشف عن مقياس الطيف الكتلي (MS-CETSA) بنجاح لاكتشاف أهداف للأدوية السريرية اليتيمة والنتائج من شاشات النمط الظاهري ، لتحديد الأهداف غير المستهدفة ، وشرح علم الأدوية المتعددة وسمية الأدوية. يمكن الآن لتطبيقات MS-CETSA متعددة الأبعاد شديدة الحساسية الوصول أيضًا إلى ارتباط الروابط الفسيولوجية بالبروتينات ، مثل المستقلبات والأحماض النووية والبروتينات الأخرى. وبالتالي يمكن لـ MS-CETSA توفير معلومات شاملة عن تعديلات حالات تفاعل البروتين في العمليات الخلوية ، بما في ذلك التأثيرات النهائية للأدوية والتحولات بين حالات الخلايا الفسيولوجية المختلفة. هذه المعلومات الأفقية حول التشكيل الترابطي في الخلايا متعامدة إلى حد كبير مع المعلومات الرأسية حول مستويات البروتينات المختلفة ، وبالتالي تفتح فرصًا جديدة لفهم الجوانب التشغيلية للبروتينات الخلوية.


تقاطعات خلية

هناك ثلاث فئات وظيفية لتقاطع الخلية: الملتصقات الملتصقة ، وغالبًا ما تسمى ديسموسومات ضيقة ، أو مسدودة ، وتقاطعات وفجوة ، أو تقاطعات قابلة للاختراق. تربط الوصلات الملتصقة الخلايا معًا ميكانيكيًا وترتبط بالألياف داخل الخلايا في الهيكل الخلوي. تعمل الوصلات الضيقة أيضًا على تثبيت الخلايا معًا ، لكنها تشكل ختمًا بين الخلايا مانع للتسرب تقريبًا عن طريق اندماج أغشية الخلايا المجاورة. توجد كل من الوصلات الملتصقة والتقاطعات الضيقة بشكل أساسي في الخلايا الظهارية. تمتلك العديد من أنواع الخلايا أيضًا تقاطعات فجوة ، والتي تسمح للجزيئات الصغيرة بالمرور من خلية إلى أخرى عبر قناة.


يمكن أن يكون الانتشار إما انتشارًا بسيطًا ويمكن تسهيله بواسطة جزيء آخر

انتشار بسيط

الانتشار البسيط هو مجرد حركة للجزيئات على طول تدرج تركيزها دون تدخل مباشر من أي جزيئات أخرى. يمكن أن يتضمن إما نشر مادة عبر وسيط أو نقل جسيم عبر غشاء. كل الأمثلة المذكورة أعلاه كانت حالات انتشار بسيط.


الصورة عبارة عن تمثيل بسيط لانتشار جسيم واحد في وسط آخر.

الانتشار البسيط مهم في التفاعلات الكيميائية ، في العديد من الظواهر الفيزيائية ، ويمكن أن يؤثر حتى على أنماط الطقس العالمية والأحداث الجيولوجية. في معظم النظم البيولوجية ، يحدث الانتشار عبر غشاء شبه منفذ مصنوع من طبقة ثنائية الدهون. يحتوي الغشاء على مسام وفتحات للسماح بمرور جزيئات معينة.

نشر الميسر

من ناحية أخرى ، يتطلب الانتشار الميسر ، كما يشير المصطلح ، وجود جزيء آخر (الميسر) من أجل حدوث الانتشار. يعد الانتشار الميسر ضروريًا لحركة الجزيئات الكبيرة أو القطبية عبر طبقة ثنائية الدهون الكارهة للماء. يعد الانتشار الميسر ضروريًا للعمليات الكيميائية الحيوية لكل خلية نظرًا لوجود اتصال بين العديد من العضيات تحت الخلوية. على سبيل المثال ، في حين أن الغازات والجزيئات الصغيرة مثل الميثان أو الماء يمكن أن تنتشر بحرية عبر غشاء البلازما ، فإن الجزيئات المشحونة الأكبر مثل الكربوهيدرات أو الأحماض النووية تحتاج إلى مساعدة بروتينات الغشاء لتشكيل المسام أو القنوات.


تُظهر الصورة حركة جزيء غير قابل للذوبان من الفضاء خارج الخلية نحو السيتوبلازم.

نظرًا لأنها فتحات كبيرة نسبيًا في غشاء البلازما ، فإن بروتينات الغشاء المتكاملة هذه لها أيضًا خصوصية عالية. على سبيل المثال ، بروتين القناة الذي ينقل أيونات البوتاسيوم لديه تقارب أعلى بكثير لهذا الأيون من أيون صوديوم مشابه جدًا ، بنفس الحجم والشحنة تقريبًا.


ماذا سنتعلم؟

ستوفر دوائر البروتين الاصطناعية اختبارًا حمضيًا لطرق بيولوجيا الأنظمة وفهمنا بشكل عام. إن النظام الذي تم بناؤه من أجزاء جيدة التوصيف وفقًا للمواصفات البشرية لا يترك عذرًا كبيرًا للتنبؤات الفاشلة. في الواقع ، يجب أن نكون قادرين على إعادة تكوين دوائر البروتين الاصطناعية في المختبر ودراستها مع عدم وجود أي فجوات في المعرفة. يجب معرفة المتواليات والتراكيب ، ويمكن محاكاة الديناميكيات الجزيئية ، ويمكن قياس المعدلات وثوابت التوازن ، ويمكن نمذجة التفاعلات. لذلك يمكن أن تسمح لنا أنظمة البروتين الاصطناعية التي يتم التحكم فيها بعناية بالمغامرة بعمق في مجهولا بين البيولوجيا الهيكلية والأنظمة ودراسة الترابط بين بنية البروتين والديناميات الجزيئية ومعالجة الإشارات الخلوية.

قد تصبح أنظمة البروتين الاصطناعية متعددة المكونات أيضًا أدوات بحث قيمة. لقد وجد الجيل الأول من أجهزة تفاعل البروتين البسيطة المكونة من عنصرين استخدامًا واسع النطاق كمستشعرات وعناصر تحكم في جميع المختبرات: الخميرة ثنائية الهجين (104) والطرق ذات الصلة تحول ارتباط البروتين إلى تعبير جيني وكشفت الملايين من التفاعلات الفيزيائية. توفر أجهزة تكميل البروتين (105-107) قراءات تفاعلية بديلة. يسمح أحدث جيل من أجهزة إدخال التفاعل الدوائي أو حتى المحفز للضوء (55 ، 57 ، 63) للباحثين باعتراض الديناميات الخلوية ومعالجتها بدقة عالية زمانية وحتى مكانية. تم بالفعل دمج عدد قليل من أجهزة إدخال التفاعل هذه مع أجهزة الإخراج القابلة لإعادة الاستخدام لإعطاء ، على سبيل المثال ، تحكمًا جيدًا في التعبير (57) ، أو تحلل البروتين (127 ، 129) أو الربط الداخلي (113 ، 117). الأمثلة مذكورة في الجدولين 1 و 2.


المصفوفة خارج الخلية

جزء كبير من الأنسجة هو الفضاء خارج الخلايا ، يسمى الفضاء خارج الخلية. هذا مملوء بمادة مركبة ، تُعرف باسم المصفوفة خارج الخلية ، وتتألف من مادة هلامية يتم فيها تعليق عدد من البروتينات الليفية. يتكون الجل من جزيئات كبيرة من عديد السكاريد (السكر المركب) في محلول مائي من الأملاح غير العضوية والمغذيات ومنتجات النفايات المعروفة باسم السائل الخلالي. الأنواع الرئيسية من البروتين في المصفوفة هي البروتينات الهيكلية والبروتينات اللاصقة.

هناك نوعان عامان من الأنسجة متميزان ليس فقط في تنظيمها الخلوي ولكن أيضًا في تكوين المصفوفة خارج الخلية. النوع الأول ، النسيج اللحمي ، يتكون من مجموعات من الخلايا مجمعة معًا ولكنها غير ملتصقة ببعضها البعض. يصنعون هلامًا عالي الترطيب ، غنيًا بالأملاح والسوائل والألياف ، والمعروف باسم المصفوفة الخلالية. النسيج الضام هو اللحمة المتوسطة التي تربط بين الأنسجة الأخرى الأكثر تنظيمًا. تختلف صلابة الأنسجة الضامة المختلفة وفقًا لاتساق المصفوفة خارج الخلية ، والتي تعتمد بدورها على محتوى الماء في المواد الهلامية ، وكمية ونوع السكريات والبروتينات الهيكلية ، ووجود أملاح أخرى. على سبيل المثال ، العظام غنية بفوسفات الكالسيوم ، مما يعطي هذا النسيج أن أوتار الصلابة الخاصة به هي في الغالب بروتينات هيكلية ليفية ، مما ينتج عنه تناسق شبيه بالحبال وتمتلئ فراغات المفاصل بسائل تشحيم يتكون في الغالب من عديد السكاريد والسائل الخلالي.

النوع الثاني من الأنسجة الظهارية هو عبارة عن صفائح من الخلايا تلتصق على الأسطح الجانبية أو الجانبية. يصنعون ويترسبون في أسطحهم السفلية أو القاعدية مركبًا منظمًا من مواد المصفوفة المعروفة باسم الصفيحة القاعدية أو الغشاء القاعدي. تعمل هذه الطبقة الرقيقة كحدود للنسيج الضام وكركيزة ترتبط بها الخلايا الظهارية.


COVID-19 الجديد & # 8220 الخيار المكسيكي & # 8221 المحدد: ينتشر بشكل متزايد في جميع أنحاء أمريكا الشمالية

لقد أصبح مؤخرًا بارزًا في المكسيك ، وعلى غرار المتغيرات الأخرى ، يمثل طفرة في بروتين سبايك لفيروس كورونا. تم تحديد "البديل المكسيكي" من قبل مجموعة بحثية من جامعة بولونيا.

قامت مجموعة بحثية من قسم الصيدلة والتكنولوجيا الحيوية بجامعة بولونيا بتحليل أكثر من مليون تسلسل جينوم لـ SARS-CoV-2. أدى هذا التحليل إلى تحديد متغير جديد انتشر على مدار الأسابيع الماضية في الغالب في المكسيك ولكن تم العثور عليه أيضًا في أوروبا. نشرت ورقتهم في مجلة علم الفيروسات الطبية قدم ما يسمى & # 8220Mexican variant & # 8221 الذي اسمه العلمي T478K. مثل السلالات الأخرى ، يمثل هذا طفرة في بروتين سبايك ، مما يسمح لفيروسات كورونا بالتعلق بالخلايا المستهدفة واختراقها.

& # 8220 ينتشر هذا المتغير بشكل متزايد بين الناس في أمريكا الشمالية ، وخاصة في المكسيك. حتى الآن ، يغطي هذا المتغير أكثر من 50٪ من الفيروسات الموجودة في هذه المنطقة. يذكر معدل وسرعة الانتشار تلك الخاصة بـ & # 8216British variant ، & # 8221 يوضح Federico Giorgi ، وهو منسق الدراسة وأستاذ في قسم الصيدلة والتكنولوجيا الحيوية بجامعة بولونيا. & # 8220 طفرة بروتين سبايك تقع هيكليا في منطقة التفاعل مع مستقبل الإنسان ACE2. تلتصق فيروسات كورونا بهذا المستقبل لتصيب الخلايا ، وبالتالي تنشر العدوى بفعالية أكبر. & # 8221

بدأ الباحثون من تحليل ما يقرب من 1.2 مليون عينة متسلسلة من جينوم SARS-CoV-2 الموجودة في قواعد البيانات الدولية حتى 27 أبريل 2021. تم اكتشاف المتغير الجديد T478K في 11435 عينة. هذا هو ضعف عدد العينات التي قدمت نفس المتغير قبل شهر واحد فقط. هذه الزيادة منذ بداية عام 2021 أثارت قلق الباحثين.

ينتشر & # 8220Mexican variant & # 8221 بالتساوي بين الذكور والإناث والفئات العمرية. يمثل هذا المتغير 52.8٪ من جميع فيروسات كورونا المتسلسلة في المكسيك ، بينما في الولايات المتحدة يظهر فقط في 2.7٪ من العينات المتسلسلة. فيما يتعلق بأوروبا ، انتشر "الشكل المكسيكي" بشكل ضعيف في ألمانيا والسويد وسويسرا. في إيطاليا غير موجود تقريبًا مع 4 حالات فقط تم الإبلاغ عنها.

تقع الطفرة التي تميز هذا المتغير في منطقة بروتين سبايك المسؤولة عن التفاعل مع المستقبل البشري ACE2: هذه هي الآلية التي تسمح لفيروسات كورونا بالوصول إلى الخلايا. الطفرات المماثلة شائعة في جميع المتغيرات التي كانت في مركز الاهتمام في الأشهر الماضية. في الواقع ، تبرز المتغيرات الحديثة لفيروس كورونا بسبب معدلات الإصابة المرتفعة ، مما جعلها منتشرة في العديد من مناطق العالم.

اختبر الباحثون تأثير بروتين T478K Spike مع في السيليكو المحاكاة واكتشفت أن هذا البروتين الطافر يمكن أن يغير الشحنة الكهروستاتيكية السطحية. وبالتالي ، يمكن أن يغير ليس فقط التفاعل مع البروتين البشري ACE2 ولكن أيضًا مع الأجسام المضادة لجهاز المناعة وبالتالي يعيق فعالية الدواء.

& # 8220 بفضل الكم الهائل من البيانات المتاحة في قواعد البيانات الدولية ، يمكننا التحكم في الوقت الفعلي تقريبًا في الموقف من خلال مراقبة انتشار متغيرات فيروس كورونا عبر مناطق جغرافية مختلفة ، & # 8221 يختتم جيورجي. & # 8220 سيكون استمرار هذا الجهد في الأشهر المقبلة أمرًا بالغ الأهمية للعمل بسرعة وبوسائل فعالة. & # 8221

"التقرير الأولي عن طفرة السارس- CoV-2 سبايك T478K" هو عنوان الدراسة المنشورة في مجلة علم الفيروسات الطبية. المؤلفون هم سيمون دي جياكومو ، ودانييل ميركاتيلي ، وأمير راكيموف ، وفيديريكو جيورجي ، وجميعهم من قسم الصيدلة والتكنولوجيا الحيوية بجامعة بولونيا.

المرجع: & # 8220 تقرير أولي عن فيروس كورونا 2 (SARS-CoV-2) طفرة سبايك T478K & # 8221 بواسطة Simone Di Giacomo و Daniele Mercatelli و Amir Rakhimov و Federico M. Giorgi ، 5 مايو 2021 ، مجلة علم الفيروسات الطبية.
DOI: 10.1002 / jmv.27062


شاهد الفيديو: 2 Connective tissue cells (أغسطس 2022).