فوسفاتاز سلسلة الميوسين الخفيفة

إنزيم فوسفاتاز السلسلة الخفيفة للميوسين ، والذي يُسمى أيضًا فوسفاتاز الميوسين (EC 3.1.3.53؛ الاسم النظامي [myosin-light-chain]-phosphate phosphohydrolase )، هو إنزيم (على وجه التحديد فوسفاتاز بروتين خاص بالسيرين/ثريونين ) يقوم بإزالة الفوسفات من السلسلة الخفيفة التنظيمية للميوسين II :

[سلسلة الميوسين الخفيفة] فوسفات + H₂O ₌ [سلسلة الميوسين الخفيفة] + فوسفات

يحدث تفاعل إزالة الفسفرة هذا في أنسجة العضلات الملساء ، ويبدأ عملية استرخاء خلايا العضلات. وبذلك، يُبطل فوسفاتاز الميوسين عملية انقباض العضلات التي يبدأها كيناز سلسلة الميوسين الخفيفة . يتكون الإنزيم من ثلاث وحدات فرعية: المنطقة التحفيزية ( فوسفاتاز البروتين 1 ، أو PP1)، ووحدة ربط الميوسين (MYPT1)، ووحدة فرعية ثالثة (M20) ذات وظيفة غير معروفة. تستخدم المنطقة التحفيزية أيوني منغنيز كمحفزات لإزالة الفسفرة من السلاسل الخفيفة على الميوسين، مما يُحدث تغييرًا في بنية الميوسين ويرخي العضلة. يُعد هذا الإنزيم محفوظًا بدرجة عالية ^{[ 1 ]} ، ويوجد في أنسجة العضلات الملساء لجميع الكائنات الحية. على الرغم من أنه من المعروف أن فوسفاتاز الميوسين يتم تنظيمه بواسطة كينازات البروتين المرتبطة بـ Rho ، إلا أن هناك جدلاً حالياً حول ما إذا كانت جزيئات أخرى، مثل حمض الأراكيدونيك و cAMP ، تنظم هذا الإنزيم أيضاً. ^{[ 2 ]}

يتكون النسيج العضلي الأملس في معظمه من الأكتين والميوسين، ^{[ 3 ]} وهما بروتينان يتفاعلان معًا لإنتاج انقباض العضلات واسترخائها. يحتوي الميوسين II، المعروف أيضًا بالميوسين التقليدي، على سلسلتين ثقيلتين تتكونان من نطاقي الرأس والذيل، وأربع سلاسل خفيفة (سلسلتان لكل رأس) ترتبط بالسلاسل الثقيلة في منطقة "العنق". عندما تحتاج العضلة إلى الانقباض، تتدفق أيونات الكالسيوم إلى السيتوسول من الشبكة الساركوبلازمية ، حيث تُنشط الكالمودولين، الذي بدوره يُنشط كيناز سلسلة الميوسين الخفيفة (كيناز MLC). يقوم كيناز MLC بفسفرة سلسلة الميوسين الخفيفة (MLC20 ₎ عند بقايا سيرين-19. تُسبب هذه الفسفرة تغييرًا في بنية الميوسين، مما يُنشط دورة الجسور العرضية ويؤدي إلى انقباض العضلة. نظرًا لأن الميوسين يخضع لتغيير في بنيته، فإن العضلة ستظل منقبضة حتى لو تم إعادة تركيز الكالسيوم وكيناز MLC المُنشط إلى مستوياتهما الطبيعية. يجب عكس التغير في الشكل لإرخاء العضلة. ^{[ 4 ]}

عندما يرتبط إنزيم فوسفاتاز الميوسين بالميوسين، فإنه يزيل مجموعة الفوسفات . وبدون هذه المجموعة، يعود الميوسين إلى بنيته الأصلية، حيث لا يستطيع التفاعل مع الأكتين والحفاظ على توتر العضلة، فتسترخي العضلة. وتبقى العضلة في هذه الحالة المسترخية حتى يتم فسفرة الميوسين بواسطة إنزيم كيناز سلسلة الميوسين الخفيفة (MLC) ويخضع لتغيير بنيوي.

يتكون فوسفاتاز الميوسين من ثلاث وحدات فرعية. تُعد الوحدة الفرعية المحفزة، PP1، من أهم فوسفاتازات سيرين/ثريونين في الخلايا حقيقية النواة ، إذ تلعب دورًا في استقلاب الجليكوجين ، والنقل داخل الخلايا، وتخليق البروتين، وانقسام الخلايا ، بالإضافة إلى انقباض العضلات الملساء. ^{[ 5 ]} نظرًا لأهميتها البالغة للوظائف الخلوية الأساسية، ولأن عدد فوسفاتازات البروتين في الخلايا أقل بكثير من عدد الكينازات، ^{[ 6 ]} فإن بنية ووظيفة PP1 محفوظة بشكل كبير (مع أن النظير المحدد المستخدم في فوسفاتاز الميوسين هو النظير δ، PP1δ). ^{[ 7 ]} يعمل PP1 باستخدام أيوني منغنيز كمحفزات لإزالة الفوسفات (انظر أدناه).

يحيط بهذه الأيونات شقٌ على شكل حرف Y بثلاثة أخاديد: أخدود كاره للماء، وأخدود حمضي، وأخدود طرفي كربوكسيلي. عندما لا يرتبط PP1 بأي وحدة فرعية أخرى، فإنه لا يتمتع بتخصص عالٍ. مع ذلك، عندما يرتبط بالوحدة الفرعية الثانية من فوسفاتاز الميوسين، MYPT1 (الوزن الجزيئي ~130 كيلو دالتون)، يتغير شكل هذا الشق التحفيزي. ينتج عن ذلك زيادة ملحوظة في تخصص الميوسين. ^{[ 1 ]} وبالتالي، من الواضح أن MYPT1 يتمتع بقدرة تنظيمية كبيرة على PP1 وفوسفاتاز الميوسين، حتى في غياب أي منشطات أو مثبطات أخرى.

الوحدة الفرعية الثالثة، M20 (لا ينبغي الخلط بينها وبين MLC ₂₀ ، الوحدة التنظيمية الأساسية للميوسين)، هي أصغر الوحدات الفرعية وأكثرها غموضًا. لا يُعرف الكثير حاليًا عن M20، باستثناء أنها ليست ضرورية للتحفيز، إذ أن إزالة هذه الوحدة لا تؤثر على معدل دورانها أو انتقائيتها. ^{[ 1 ]} وبينما يعتقد البعض أنها قد تؤدي وظيفة تنظيمية، لم يُحسم الأمر بعد. ^{[ 2 ]}

آلية إزالة الفوسفات من سيرين-19 مشابهة جدًا لتفاعلات إزالة الفوسفات الأخرى في الخلية، مثل تنشيط إنزيم جليكوجين سينثاز . ترتبط الوحدة التنظيمية للميوسين MLC ₂₀ بكلٍ من الأخاديد الكارهة للماء والحمضية لـ PP1 وMYPT1، وهو الموقع التنظيمي على فوسفاتاز الميوسين. ^{[ 1 ] [ 8 ]} بمجرد الوصول إلى التكوين الصحيح، يتم تثبيت كلٍ من السيرين المفسفر وجزيء الماء الحر بواسطة بقايا الأحماض الأمينية المرتبطة بروابط هيدروجينية في الموقع النشط، بالإضافة إلى الأيونات الموجبة الشحنة (التي تتفاعل بقوة مع مجموعة الفوسفات السالبة). يتبرع الهيستيدين-125 (على فوسفاتاز الميوسين) ببروتون إلى سيرين-19 (MLC ₂₀ )، ثم يهاجم جزيء الماء ذرة الفوسفور . بعد إعادة ترتيب البروتونات لتحقيق الاستقرار (وهو ما يحدث بسرعة مقارنةً بالهجوم على الفوسفور)، يتكون الفوسفات والكحول، ويغادر كلاهما الموقع النشط.

لقد تم تحديد المسارات التنظيمية لكيناز سلسلة الميوسين الخفيفة (MLC) بشكل جيد، ولكن حتى أواخر ثمانينيات القرن الماضي، كان يُفترض أن فوسفاتاز الميوسين غير مُنظَّم، وأن الانقباض/الانبساط يعتمد كليًا على نشاط كيناز سلسلة الميوسين الخفيفة. ^{[ 2 ]} ومع ذلك، منذ ثمانينيات القرن الماضي، تم اكتشاف التأثير المُثبِّط لكيناز البروتين المرتبط بـ Rho ودراسته بدقة. ^{[ 11 ]} يُنشِّط RhoA GTP كيناز Rho ، الذي يُفسفر MYPT1 في موقعين تثبيطيين رئيسيين، هما Thr-696 وThr-866. ^{[ 12 ] [ 13 ]} يُظهر هذا بوضوح أهمية MYPT1، ليس فقط في زيادة سرعة التفاعل وخصوصيته، ولكن أيضًا في إبطاء التفاعل بشكل كبير. ومع ذلك، عند إضافة التيلوكين ، فإنه يُبطل تأثير كيناز Rho بشكل فعال، على الرغم من أنه لا يُزيل الفسفرة من MYPT1. ^{[ 12 ]}

تتضمن إحدى الاستراتيجيات التنظيمية المقترحة الأخرى استخدام حمض الأراكيدونيك. فعند إضافة حمض الأراكيدونيك إلى أنسجة العضلات المتوترة، يُقلل الحمض من معدل إزالة الفوسفات (وبالتالي استرخاء) الميوسين. ومع ذلك، لا يزال من غير الواضح كيف يعمل حمض الأراكيدونيك كمثبط . [ ^{4 ] هناك} نظريتان متنافستان: الأولى هي أن حمض الأراكيدونيك يعمل كناقل مساعد في سلسلة تفاعلات رو-كيناز المذكورة أعلاه، والثانية هي أنه يرتبط بالنهاية الكربوكسيلية لبروتين MYPT1. ^{[ 4 ]}

عندما تبدأ أنظمة تنظيم فوسفاتاز الميوسين بالتعطل، قد تترتب على ذلك عواقب صحية وخيمة. ولأن العضلات الملساء موجودة في الجهاز التنفسي والدوري والتناسلي لدى الإنسان (وكذلك في أماكن أخرى)، فإذا لم تعد هذه العضلات قادرة على الاسترخاء بسبب خلل في تنظيمها، فقد ينتج عن ذلك عدد كبير من المشاكل الصحية، بدءًا من الربو وارتفاع ضغط الدم وصولًا إلى ضعف الانتصاب . ^{[ 4 ] [ 14 ]}

• الميوسين
• كيناز سلسلة الميوسين الخفيفة
• روهوا
• كيناز رو