المكون المكمل 4

يُعدّ المكوّن الرابع للمتممة ( C4 ) في الإنسان بروتينًا يُشارك في نظام المتممة المعقد ، وهو مُشتق من نظام مستضدات الكريات البيضاء البشرية (HLA). ويُشكّل اقترانه بالمكوّن الثاني للمتممة (C2) أمرًا بالغ الأهمية لتوليد استجابة مناعية . ويؤدي C4، إلى جانب العديد من المكوّنات الأخرى، وظائف حيوية في المناعة، والتسامح المناعي، وأمراض المناعة الذاتية.

علاوة على ذلك، يُعدّ هذا عاملاً حاسماً في ربط مسارات التعرّف في النظام المناعي العام، التي تُحفّزها معقدات الأجسام المضادة والمستضدات ، ببروتينات التأثير الأخرى للاستجابة المناعية الفطرية. فعلى سبيل المثال، قد يؤدي خلل نظام المتممة إلى أمراض والتهابات مميتة، بل وحتى اضطرابات عاطفية ونفسية كالفصام . ^{[ 1 ]}

كان يُعتقد في البداية أن بروتين C4 مشتق من نموذج أليلي بسيط ثنائي المواضع ، ولكن في السنوات الأخيرة، نما إجماع علمي واسع حول نموذج معقد جيني RCCX متعدد الوحدات أكثر تعقيدًا . يحتوي هذا النموذج على أشكال طويلة وقصيرة من جيني C4A أو C4B ، والتي عادةً ما تكون متجاورة مع كاسيتات RCCX ؛ أو عنصر وراثي متحرك غالبًا ما يحتوي على جين محدد أو مجموعة من الجينات بالإضافة إلى موقع إعادة تركيب مع تباين في عدد النسخ. يوازي هذا الكاسيت RCCX إلى حد ما التباين في مستويات البروتينات الخاصة به داخل مجموعة سكانية، إلى جانب CYP21 في بعض الحالات، اعتمادًا على عدد الكاسيتات وما إذا كان يحتوي على الجين الوظيفي بدلًا من الجينات الكاذبة أو الأجزاء. ^{[ 2 ]} تم تعريف النموذج الجيني C4A-C4B في الأصل في سياق نظام فصائل الدم Chido/Rodgers، وهو قيد الدراسة لدوره المحتمل في خطر الإصابة بالفصام وتطوره.

حددت إحدى الدراسات الجينية السابقة على بروتين C4 مجموعتين مختلفتين، موجودتين ضمن مصل بشري يُسمى فصائل الدم شيدو/روغرز أو (Ch/Rg). ^{[ 3 ] [ 4 ]} وقد أثبت أونيل وزملاؤه أن موقعين مختلفين لبروتين C4 يُعبِّران عن مستضدات Ch/Rg المختلفة على أغشية كريات الدم الحمراء . ^{[ 5 ]} وبشكل أكثر تحديدًا، يعمل البروتينان Ch وRg معًا كوسيط للتفاعل بين معقد الجسم المضاد-المستضد ومكونات المتممة الأخرى. ^{[ 6 ]} علاوة على ذلك، يرتبط الموقعان بـ HLA، أو النظير البشري لمعقد التوافق النسيجي الرئيسي (MHC) على الذراع القصير للكروموسوم 6، بينما كان يُعتقد سابقًا أنهما يُعبَّر عنهما بواسطة أليلين متساويي السيادة في موقع واحد. ^{[ 5 ] [ 7 ]} في دراسات الفصل الكهربائي الهلامي، أونيل وزملاؤه. تم تحديد نوعين جينيين: F، الذي يدل على وجود (F+) أو غياب (f0/f0) أربعة نطاقات سريعة الحركة، وS، الذي يدل على وجود (S+) أو غياب (s0/s0) أربعة نطاقات بطيئة الحركة. ^{[ 5 ]} يسمح تجانس أو عدم تجانس الموقعين، بالإضافة إلى هذه الجينات الصفرية (f0، s0)، بتكرار/عدم تكرار مواقع C4. ^{[ 8 ]} لذلك، فإن وجود مواقع منفصلة لـ C4 وC4F وC4S (التي تم تحديدها لاحقًا باسم C4A أو C4B، على التوالي)، قد يفسر إنتاج أشكال أليلية متعددة، مما يؤدي إلى تنوع كبير في الحجم وعدد النسخ .

أظهر الباحثان البارزان، كارول وبورتر، في دراستهما لاستنساخ جين C4 البشري، أن جميع النسخ الست التي استنسخاها تحتوي على نفس جين C4. ^{[ 9 ]} يتكون بروتين C4 من ثلاث وحدات فرعية (α، β، وγ) بأوزان جزيئية (MWs) تبلغ حوالي 95000، 78000، و31000 على التوالي، وترتبط جميعها بروابط ثنائية الكبريتيد بين السلاسل. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} في دراسة أجراها روس وآخرون، وُجد أن السلاسل α بين C4A وC4B تختلف اختلافًا طفيفًا (بأوزان جزيئية تبلغ حوالي 96000 و94000 على التوالي)، مما يثبت وجود اختلاف بنيوي بين المتغيرين. ^{[ 11 ]} علاوة على ذلك، أشاروا إلى أن نقص نشاط C4 قد يُعزى إلى الاختلافات البنيوية بين السلاسل ألفا. ^{[ 11 ]} مع ذلك، أثبت كارول وبورتر وجود منطقة بطول 1500 زوج قاعدي تعمل كإنترون في التسلسل الجينومي، والتي اعتقدوا أنها منطقة C4d المعروفة، وهي نتاج ثانوي لنشاط C4. ^{[ 9 ]} نشر كارول وآخرون لاحقًا دراسةً وصفت بنية وتنظيم جينات C4، الموجودة في منطقة HLA من الفئة الثالثة والمرتبطة بـ C2 والعامل B على الكروموسوم. ^{[ 13 ]} من خلال تجارب شملت رسم الخرائط التقييدية، وتحليل تسلسل النيوكليوتيدات، والتهجين مع C4A وC4B، وجدوا أن الجينات متشابهة إلى حد كبير على الرغم من وجود اختلافات بينها. ^{[ 13 ]} على سبيل المثال، تم الكشف عن تعدد أشكال النيوكليوتيدات المفردة، مما سمح بتحديد الاختلافات بين C4A وC4B. ^{[ 13 ]} علاوة على ذلك، تؤثر الاختلافات في الفئة والجينات على أداء بروتينات C4 مع المركب المناعي. ^{[ 13 ]} وأخيرًا، من خلال تداخل أجزاء الحمض النووي المكمل المستنسخة، تمكنوا من تحديد أن مواقع C4، التي يبلغ طولها حوالي 16 كيلوبايت، تفصل بينها مسافة 10 كيلوبايت، وتقع على بعد 30 كيلوبايت من موقع العامل B. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

في العام نفسه، حددت دراساتٌ ذات صلة منطقةً طولها 98 كيلوبايت على الكروموسوم ترتبط فيها جينات الفئة الثالثة الأربعة (التي تُعبِّر عن C4A وC4B وC2 والعامل B) ارتباطًا وثيقًا، مما يمنع حدوث عمليات العبور الجيني. ^{[ 12 ]} وباستخدام متغيرات البروتين التي تم تصويرها بالرحلان الكهربائي، وُجدت الجينات البنيوية الأربعة بين HLA-B وHLA-D. ^{[ 12 ]} وبشكلٍ أكثر تحديدًا، تحققوا من الخريطة الجزيئية المقترحة التي يكون فيها ترتيب الجينات كالتالي: العامل B ، ثم C4B، ثم C4A، ثم C2، حيث يكون C2 الأقرب إلى HLA-B. ^{[ 12 ]} وفي دراسةٍ أخرى، واصل لو وزملاؤه البحث بتفصيلٍ أكبر، حيث قارنوا هذه المرة خصائص كلٍّ من C4A وC4B، وكلاهما عنصران أساسيان في جهاز المناعة البشري. ^{[ 14 ]} ومن خلال طرقٍ تشمل الحضانة، ومستويات الأس الهيدروجيني المختلفة، والمعالجة بالميثيلامين، أوضحوا بيوكيميائيًا التفاعلات المختلفة لجينات C4. ^{[ 14 ]} وبشكل أكثر تحديدًا، أظهر C4B تفاعلًا أكثر كفاءة وفعالية على الرغم من الاختلاف البالغ 7 كيلوبايت بين C4A وC4B. في مصل الدم الكامل، أظهرت أليلات C4B أداءً أعلى بعدة أضعاف أثناء النشاط الانحلالي، مقارنةً بأليلات C4A. ^{[ 14 ]} ومن الناحية الكيميائية الحيوية، وجدوا أيضًا أن C4A يتفاعل بثبات أكبر مع السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية للأجسام المضادة والمستضدات التي تحتوي على مجموعات أمينية، بينما يتفاعل C4B بشكل أفضل مع مجموعات الهيدروكسيل في الكربوهيدرات. ^{[ 14 ]} وبناءً على تحليل التفاعلات المتفاوتة، اقترحوا أن التعدد الشكلي الاستثنائي لجينات C4 قد يُؤدي إلى بعض المزايا البيولوجية (مثل تنشيط المتممة بنطاق أوسع من معقدات الأجسام المضادة والمستضدات المتكونة عند الإصابة بالعدوى). ^{[ 14 ]} مع ذلك، في هذه المرحلة، لم يتم تحديد التسلسل الجينومي وتسلسل الأحماض الأمينية المشتق لكل من C4A وC4B.

ساهمت الدراسات المبكرة بشكل كبير في توسيع معرفتنا بمركب C4، ووضعت الأسس التي مهدت الطريق لاكتشاف بنية الجينات والبروتينات. وقد نجح سي. يو في تحديد التسلسل الكامل لجين C4A، أحد مكونات نظام المتممة البشري. ^{[ 6 ]} أظهرت النتائج أن الجينوم الكامل يتكون من 41 إكسونًا، بإجمالي 1744 حمضًا أمينيًا (على الرغم من تجنب تسلسل الإنترون التاسع الكبير). ^{[ 6 ]} يُصنّع بروتين C4 في سلسلة طليعية واحدة، تخضع بعد ذلك لانشطار بروتيني إلى ثلاث سلاسل (بترتيب تسلسلها، β-α-γ). ^{[ 6 ]}

تتكون السلسلة β من 656 حمضًا أمينيًا، مشفرة بواسطة الإكسونات من 1 إلى 16. ^{[ 6 ]} أبرز ما يميز السلسلة β هو وجود إنترون كبير، يتراوح حجمه بين ستة وسبعة كيلوبايت. ^{[ 6 ]} يوجد هذا الإنترون في الموضع الأول (المشفر لـ C4A) لجميع جينات C4، وفي الموضع الثاني (المشفر لـ C4B) لعدد قليل فقط من جينات C4. ^{[ 6 ]} تتكون السلسلة α من الأحماض الأمينية من 661 إلى 1428، مشفرة بواسطة الإكسونات من 16 إلى 33. ^{[ 6 ]} ضمن هذه السلسلة، ينتج عن موقعي انقسام، مُحددين بواسطة الإكسونين 23 و30، جزء C4d (حيث توجد مجموعة الثيوإستر، ومستضدات Ch/Rg، والأحماض الأمينية المتماثلة)؛ علاوة على ذلك، تتجمع معظم المواقع متعددة الأشكال في هذه المنطقة. ^{[ 6 ]} تتكون السلسلة γ من 291 حمضًا أمينيًا، تشفر الإكسونات من 33 إلى 41. ^{[ 6 ]} لسوء الحظ، لم تُنسب أي وظيفة محددة للسلسلة γ. ^{[ 6 ]}

سعت الدراسة التي أجراها فايشناو وآخرون إلى تحديد المنطقة الرئيسية والعوامل المرتبطة بجهود التعبير الجيني لجين C4. ^{[ 15 ]} وخلصت أبحاثهم إلى أن موقع ارتباط Sp1 (الموجود بين -59 و-49) يلعب دورًا هامًا في بدء النسخ الأساسي لجين C4 بدقة. ^{[ 15 ]} وقد أظهر استخدام فحوصات إزاحة الهجرة الكهربائية وتحليلات بصمة DNase I وجود ارتباطات محددة بين الحمض النووي والبروتين في محفز C4 عند العامل النووي 1، وصندوقي E (بين -98 و-93 وبين -78 و-73)، ومجالات ارتباط Sp1. ^{[ 15 ]} وقد أُضيفت هذه النتائج لاحقًا في دراسة موسعة أخرى، والتي اكتشفت موقعًا ثالثًا لصندوق E. ^{[ 16 ]} بالإضافة إلى ذلك، افترضت النتائج نفسها أن كيانين فيزيائيين داخل تسلسل الجين قد يكون لهما دور في مستويات التعبير عن C4A وC4B البشريين، وهما وجود الفيروس القهقري الداخلي الذي يمكن أن يكون له تأثيرات تنظيمية إيجابية أو سلبية تؤثر على نسخ C4، والبيئة الجينية المتغيرة (اعتمادًا على المكون الجيني النمطي الموجود) بعد الموضع -1524. ^{[ 16 ]}

لتوفير سياق أوسع، في الدراسة الأخيرة، تم تحديث البنية الثنائية المذكورة سابقًا (C4A-C4B) إلى بنية رباعية تتكون من قطعة إلى أربع قطع منفصلة، ​​تحتوي على وحدة واحدة أو أكثر من وحدات RP-C4-CYP21-TNX ( RCCX ). ^{[ 2 ]} يمكن أن يكون حجم جين C4A أو C4B إما 21 كيلوبايت (طويل، L) أو 14.6 كيلوبايت (قصير، S). كما يحتوي جين C4 الطويل بشكل فريد على فيروس قهقري HERV-K(C4) في الإنترون 9 الخاص به، مما يفرض نسخ 6.36 كيلوبايت إضافية، ومن هنا جاءت تسمية "السلسلة الجينية الأطول". ^{[ 2 ] [ 16 ]} وبالتالي، تتميز جينات C4 بنمط معقد من التباين في حجم الجين، وعدد النسخ، والتعددات الشكلية. ^{[ 2 ] [ 16 ]} تشمل أمثلة هذه البنى أحادية وثنائية وثلاثية ورباعية الوحدات ما يلي: L أو S (أحادية الوحدة مع جين C4 واحد طويل أو قصير)، LL أو LS أو SS (ثنائية الوحدة مع مزيج من جينات L أو S متماثلة أو غير متماثلة)، LLL أو LLS أو LSS (ثلاثية الوحدات RCCX مع ثلاثة جينات C4 من نوع L أو S)، LLLL (بنية رباعية الوحدات مع أربعة جينات C4 من نوع L أو S). ^{[ 16 ]} لا تظهر جميع المجموعات البنيوية بنفس النسبة المئوية، بل قد توجد اختلافات أخرى داخل المجموعات العرقية المختلفة. على سبيل المثال، أظهرت الدراسة التي أُجريت على السكان القوقازيين أن 69% منهم لديهم بنية ثنائية الوحدات (C4A-C4B، أو C4A-C4A، أو C4B-C4B)، و31% لديهم بنية ثلاثية الوحدات (موزعة بالتساوي بين LLL كـ C4A-C4A-C4B أو LSS كـ C4A-C4B-C4B). ^{[ 16 ]} وفيما يتعلق بتعدد أشكال تسلسل بروتين C4، تم العثور على 24 حمضًا أمينيًا متعدد الأشكال. من بينها، تم التعبير عن خمسة أحماض أمينية في السلسلة β، بينما أنتجت السلسلة α وسلسلة γ ثمانية عشر حمضًا أمينيًا وحمضًا أمينيًا واحدًا على التوالي. ويمكن تصنيف هذه الأشكال المتعددة إلى مجموعات: 1) أربعة أحماض أمينية متماثلة النمط في مواقع محددة، 2) محددات مستضدية Ch/Rg في مواقع محددة، 3) مواقع ارتباط C5، 4) أحماض أمينية أليلية خاصة. ^{[ 16 ]}

بالإضافة إلى ذلك، حددت الدراسة نفسها وجود نسخ جينية من البروتين المتمم C4 البشري في أنسجة متعددة. وأظهرت نتائج تحليل النقل الشمالي، باستخدام مسبار C4d ومسبار RD كعنصر تحكم إيجابي، أن الكبد يحتوي على غالبية النسخ الجينية في الجسم. ^{[ 16 ]} ومع ذلك، فقد تم التعبير عن كميات معتدلة في قشرة/لب الغدة الكظرية، والغدة الدرقية، والكلى. ^{[ 16 ]}

كما ذُكر، يشارك البروتين C4 (مزيج من C4A وC4B) في جميع مسارات المتممة الثلاثة (الكلاسيكي، والبديل، واللكتيني)؛ حيث يُفعَّل المسار البديل تلقائيًا، بينما يُستثار المساران الكلاسيكي واللكتيني استجابةً للتعرف على ميكروبات معينة. ^{[ 18 ]} تتلاقى المسارات الثلاثة في خطوة يتم فيها شطر بروتين المتممة C3 إلى البروتينين C3a وC3b، مما ينتج عنه مسار تحللي وتكوين مُركَّب جزيئي ضخم من بروتينات متعددة، يُسمى مُركَّب الهجوم الغشائي (MAC)، والذي يعمل كثقب في غشاء العامل الممرض المستهدف، مما يؤدي إلى تمزق الخلية الغازية وتحللها في النهاية. ^{[ 18 ]}

في المسار الكلاسيكي، يتم تنشيط مكون المتممة - والذي يُشار إليه فيما يلي بالحرف "C" قبل رقم البروتين - والمسمى C1s، وهو بروتين سيرين بروتياز ، بواسطة خطوات سابقة في المسار، مما يؤدي إلى شطره لبروتين C4 الأصلي، الذي يبلغ وزنه الجزيئي حوالي 200 كيلودالتون (kDa)، والمكون من ثلاث سلاسل. ^{[ 18 ] : 288} يُشطر بروتين C4 بواسطة البروتياز إلى جزأين، ببتيد C4a (صغير الحجم، يبلغ وزنه الجزيئي حوالي 9 كيلودالتون، وهو سام للحساسية المفرطة )، وبروتين C4b ذو الوزن الجزيئي الأعلى، والذي يبلغ وزنه الجزيئي حوالي 190 كيلودالتون. ^{[ 19 ]} يؤدي انقسام C4 إلى ظهور C4b الذي يحمل مجموعة وظيفية ثيوإستر [-SC(O)-]: أشارت الدراسات التي أجريت في ثمانينيات القرن الماضي على C3، ثم على C4، إلى وجود تعديل بروتيني فريد ضمن بنيتي C3 وC4 الأصليتين، وهو عبارة عن حلقة ثيونولاكتون مكونة من 15 ذرة (15 عضوًا) تعمل على ربط السلسلة الجانبية للثيول لحمض السيستين الأميني (Cys) في تسلسل -Cys-Gly-Glu-Glx- مع مجموعة أسيل السلسلة الجانبية لما بدأ كسلسلة جانبية للجلوتامين (Glx، هنا) والتي تقع على بعد ثلاثة أحماض أمينية في اتجاه المصب (حيث كانت الذرات المتبقية من الـ 15 ذرة هي ذرات العمود الفقري والسلسلة الجانبية)؛ ^{[ 19 ] [ 20 ]} عند الانقسام، يصبح تركيب حلقة الثيونولاكتون الفريد هذا مكشوفًا على سطح بروتين C4b الجديد. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]} نظرًا لقربها من سطح الميكروب، يتفاعل جزء من بروتينات C4b المُحررة، مع هذا الثيونولاكتون التفاعلي، مع السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية المحبة للنواة ومجموعات أخرى على سطح خلية الميكروب الغريب، مما يؤدي إلى ارتباط تساهمي لبروتين C4b المُعدَّل قليلاً بسطح الخلية، عبر بقايا Glx الأصلية لـ C4. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}

يؤدي البروتين C4b وظائف إضافية. فهو يتفاعل مع البروتين C2؛ ثم يقوم البروتياز نفسه المذكور سابقًا، C1s، بفصل C2 إلى جزأين، يُطلق عليهما C2a وC2b، حيث ينفصل C2b، بينما يبقى C2a مرتبطًا بـ C4b؛ ثم يُظهر مُركب C4b-C2a المكون من هذين البروتينين نشاطًا بروتيازيًا إضافيًا مرتبطًا بالنظام تجاه البروتين C3 (يفصله)، مع انفصال البروتينين C4b وC2a لاحقًا عن مُركبهما (حيث يمكن لـ C4b الارتباط ببروتين C2 آخر، وتكرار هذه الخطوات). ^{[ 18 ]} ولأن C4b يُعاد تكوينه، وتتكون دورة، فقد سُمي مُركب C4b-C2a ذو النشاط البروتيازي بمُحول C3. ^{[ 18 ]} ويمكن فصل البروتين 4b أيضًا إلى 4c و4d. ^{[ 21 ]}

على الرغم من تورط أمراض أخرى (مثل الذئبة الحمامية الجهازية )، يجري البحث أيضًا في دور جين C4 في خطر الإصابة بالفصام وتطوره. في دراسة وو وآخرون، استخدم الباحثون تفاعل البوليميراز المتسلسل في الوقت الحقيقي (rt-PCR) لتحديد تباين عدد النسخ (CNV) أو التنوع الجيني لـ C4. ^{[ 22 ]} وبناءً على هذه النتائج، سيصبح من الأسهل التنبؤ بالتشخيصات المستقبلية، ونوبات المرض، وفترات الهدوء. تُظهر النتائج بشكل أساسي أن تباين عدد النسخ آليةٌ للتأثير على التنوع الجيني. وكما ذُكر سابقًا، تشمل الأنماط الظاهرية المختلفة التي يسمح بها التنوع الجيني لبروتين المتمم C4 نطاقًا واسعًا من بروتينات C4 في البلازما أو المصل، ضمن نمطين متماثلين - C4A وC4B - مع أنماط بروتينية متعددة قد يكون لها وظائف فسيولوجية فريدة. ^{[ 22 ]} تُعد تباينات عدد النسخ مصادر للتنوع الجيني المتأصل، وتشارك في التفاعل بين الجينات والبيئة. ^{[ 22 ]} تلعب متغيرات عدد النسخ (والتعددات الشكلية المرتبطة بها) دورًا في سد الفجوة نحو فهم الأساس الجيني للصفات الكمية والاختلافات في قابلية الإصابة بأمراض المناعة الذاتية والأمراض العصبية البيولوجية.

تم جمع وتحليل بيانات كبيرة من جميع أنحاء العالم لتحديد أن مرض الفصام، في الواقع، له علاقة وراثية قوية بمنطقة في موضع MHC على ذراع الكروموسوم 6. ^{[ 23 ] [ 1 ]}

يمكن للبيانات والمعلومات التي جُمعت دوليًا أن تُلقي الضوء على ألغاز مرض الفصام . قام سيكار وزملاؤه بتحليل تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNP) لأربعين مجموعة في 22 دولة، بإجمالي يقارب 29000 حالة. ^{[ 1 ]} وتوصلوا إلى سمتين رئيسيتين: 1) عدد كبير من تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNP) لا يتجاوز طولها 2 ميجابايت عند النهاية، 2) ذروة الارتباط متمركزة عند C4، مما يشير إلى أن مستويات التعبير عن C4A هي الأكثر ارتباطًا بمرض الفصام. ^{[ 1 ]} بالإضافة إلى ذلك، اكتشفوا آلية يمكن من خلالها أن ينشأ مرض الفصام من الاستعداد الوراثي للمتمم C4 البشري. ^{[ 1 ]} وكما هو موضح في الشكل 1، أشارت أربعة اختلافات هيكلية شائعة تم اكتشافها في دراسات الارتباط على مستوى الجينوم (GWAS) إلى ارتفاع معدل الإصابة بمرض الفصام. ^{[ 1 ]} ربما تسمح المستويات الأعلى من التعبير عن بروتين C4 بسبب نمط متغيرات جين C4 بالزيادة غير المرغوب فيها في تقليم المشابك العصبية (وهو تأثير ناتج عن البروتينات المؤثرة لنظام المكمل الذي يشارك فيه C4).

• المكون المكمل 4A
• المكون المكمل 4ب
• النمط الفرداني HLA A1-B8-DR3-DQ2
• نظام مكمل
• نقص المتممة