وايزمان (إسرائيل): فهم التجميع الذاتي للبروتينات لعلاج مرض السكري ومرض الزهايمر

يتم تنفيذ وظائف جسم الإنسان بواسطة جزيئات كبيرة ذات تعقيد كبير تسمى البروتينات. على سبيل المثال ، يتم ضمان تخزين الأكسجين في دمنا عن طريق الهيموجلوبين ، وهو بروتين. إن بنية وديناميكيات هذه البروتينات ضرورية للغاية من أجل الأداء السليم لجسمنا الذي يخضع للعديد من الطفرات في اتصال مع العالم الخارجي. في الغالبية العظمى من الحالات ، تكون إما حميدة أو مؤقتة ، لأن جسمنا قادر على تدمير هذه الطفرات. لكن في بعض الأحيان ، تدوم الطفرة أكثر من أنظمة دفاع الجسم التي لا تعد ولا تحصى وتترسخ. في حالة مرض الزهايمر ، تبدأ البروتينات الطافرة في التكتل معًا وتسبب الأعراض التي نعرفها.

يهتم الدكتور إيمانويل ليفي وفريقه بقدرة البروتينات على التجمع الذاتي مع بعضها البعض. مستوحاة من بروتين الهيموجلوبين ، المعروف بقدرته على التجميع الذاتي في المرض الوراثي لمرض فقر الدم المنجلي ، حاولوا فهم معايير التجميع الذاتي للبروتينات.

إنها تُظهر أهمية التناظر البيني: إذا كان للبروتين ، بالإضافة إلى قدراته التناظرية ، مجموعات تميل إلى تكوين رابطة ، فإن البروتينات ستبدأ في تكوين خيوط أطول وأطول ، على مدار عملية التجميع الذاتي.
خذ المثالين المذكورين أعلاه - فقر الدم المنجلي ومرض الزهايمر. في الحالة الأولى ، يمكن أن تتجمع بروتينات الهيموجلوبين بشكل طبيعي ، دون تغيير شكلها للتجميع الذاتي. في حالة مرض الزهايمر ، يجب أن تغير البروتينات شكلها ، الأمر الذي يستغرق وقتًا وطاقة ، وهو ما يفسر جزئيًا التقدم البطيء للمرض.

في تجاربهم ، صنع الباحثون بروتينًا مكونًا من ثماني وحدات متطابقة. بهذه الخاصية ، ينتج عن تحور الجين ثماني طفرات متطابقة في كل وحدة من وحدات البروتين. بعد عدة تجارب ، وجدوا أخيرًا طفرة فريدة تسمح بتكوين خيوط كبيرة ، إضافة أحماض أمينية كارهة للماء إلى السطح (أي التي لا تحب الماء). رغبة في مواصلة دراستهم في إطار أوسع ، اختاروا أحد عشر بروتينًا متماثلًا وأنشأوا ثلاثة وسبعين طفرة مختلفة في كل منها. يوضح هذا العمل الجبار أنه في ثلاثين حالة ، تسمح الطفرات للبروتينات بالتجمع الذاتي. في نصف الحالات ، تتجمع البروتينات في خيوط ، وفي النصف الآخر تشكل كتلًا غير متبلورة.

إذا كان إنتاج هذه الطفرات بهذه السهولة ، فلماذا تكون نادرة جدًا في الطبيعة؟ لاحظ الباحثون ، بشكل عام ، أن البروتينات ذات التناظر العالي تحتوي على أحماض أمينية محبة للماء على سطحها ، مما يحد من التفاعلات بين البروتينات. في الواقع ، فإن الطبيعة المحبة للماء "تجذب" جزيئات الماء ، وبالتالي تحد من التفاعلات مع البروتينات الأخرى.

هؤلاء الباحثون هم جزء من مجتمع كبير يحاول فهم التجميع الذاتي للبروتينات ، وهي مشكلة صحية عامة رئيسية لأمراض مثل الزهايمر أو مرض السكري. يتيح هذا البحث أيضًا إمكانية التقدم في فهم عالم النانو بأكمله والتحكم فيه ، أي عالم أصغر 100 مرة من أصغر حبة رمل.

المؤلف: صموئيل كوزين ، زميل ما بعد الدكتوراه في المعهد وايزمان العلم ل BVST

نشر في الطبيعة، 2 août 2017