بروتين P-glycoprotein

بروتين P-glycoprotein 1 ( بروتين النفاذية السكري ، ويُختصر بـ P-gp أو Pgp ) ، المعروف أيضًا باسم بروتين مقاومة الأدوية المتعددة 1 ( MDR1 ) أو بروتين ABCB1 أو بروتين CD243 ، هو بروتين مهم في غشاء الخلية ، يعمل على ضخ العديد من المواد الغريبة خارج الخلايا. وبشكل أدق، هو مضخة طرد تعتمد على ATP ، وتتميز بنطاق واسع من الركائز . يوجد هذا البروتين في الحيوانات والفطريات والبكتيريا، ومن المرجح أنه تطور كآلية دفاعية ضد المواد الضارة.

يتم توزيع بروتين P-gp والتعبير عنه على نطاق واسع في الظهارة المعوية حيث يقوم بضخ المواد الغريبة (مثل السموم أو الأدوية) مرة أخرى إلى تجويف الأمعاء ، وفي خلايا الكبد حيث يقوم بضخها إلى القنوات الصفراوية ، وفي خلايا الأنبوب القريب للكلى حيث يقوم بضخها إلى الرشاحة البولية (في الأنبوب القريب)، وفي الخلايا البطانية الشعرية التي تشكل الحاجز الدموي الدماغي والحاجز الدموي الخصوي ، حيث يقوم بضخها مرة أخرى إلى الشعيرات الدموية.

بروتين P-gp هو بروتين سكري يُشفّر في الإنسان بواسطة جين ABCB1 . ^{[ 4 ]} يُعدّ P-gp ناقلًا معروفًا جيدًا من عائلة ناقلات ABC (التي تنقل مجموعة واسعة من المواد عبر الأغشية خارج الخلوية وداخل الخلوية) التابعة لعائلة MDR / TAP الفرعية . ^{[ 5 ]} يؤدي الإخراج الطبيعي للمواد الغريبة عن الجسم إلى تجويف الأمعاء بواسطة P-gp إلى تقليل فعالية بعض الأدوية (التي تُعتبر ركائز لـ P-gp ). بالإضافة إلى ذلك، تُعبّر بعض الخلايا السرطانية عن كميات كبيرة من P-gp، مما يزيد من هذا التأثير ويجعل هذه السرطانات مقاومة للأدوية المتعددة . تُثبّط العديد من الأدوية P-gp، عادةً بشكل عرضي وليس كآلية عملها الرئيسية ؛ كما تفعل بعض الأطعمة أيضًا. ^{[ 6 ]} يُمكن أحيانًا تسمية أي مادة من هذا القبيل بمثبط P-gp.

تم اكتشاف بروتين P-gp في عام 1971 بواسطة فيكتور لينغ .

أظهرت مراجعة أجريت عام 2015 حول تعدد الأشكال الجينية في جين ABCB1 أن "تأثير تنوع جين ABCB1 على التعبير عن بروتين P-glycoprotein (التعبير عن الحمض النووي الريبوزي الرسول والبروتين) و/أو نشاطه في مختلف الأنسجة (مثل الكبد والأمعاء والقلب) يبدو ضئيلاً. وعلى الرغم من ارتباط تعدد الأشكال الجينية والأنماط الفردية لجين ABCB1 بتغيرات في استقلاب الأدوية والاستجابة لها، بما في ذلك الآثار الجانبية مع مختلف ركائز ABCB1 في مجموعات عرقية مختلفة، إلا أن النتائج كانت متضاربة إلى حد كبير، وذات أهمية سريرية محدودة." ^{[ 7 ]}

بروتين P-gp هو بروتين سكري غشائي بوزن 170 كيلو دالتون ، يتضمن 10-15 كيلو دالتون من الغلكزة الطرفية N. يحتوي النصف الطرفي N من البروتين على ستة حلزونات غشائية، يليه نطاق سيتوبلازمي كبير يحتوي على موقع ارتباط ATP، ثم قسم ثانٍ يحتوي على ستة حلزونات غشائية ونطاق ارتباط ATP يُظهر تشابهًا في الأحماض الأمينية يزيد عن 65% مع النصف الأول من عديد الببتيد. ^{[ 8 ]} في عام 2009، تم تحديد أول بنية لبروتين P-glycoprotein في الثدييات (3G5U). ^{[ 9 ]} استُخلصت هذه البنية من ناتج جين MDR3 في الفأر، والذي تم التعبير عنه بشكل غير متجانس في خميرة Pichia pastoris . يتشابه تركيب بروتين P-gp في الفئران مع تركيب ناقل ABC البكتيري MsbA (3B5W و3B5X) ^{[ 10 ]} ، حيث يتخذان هيئةً داخليةً يُعتقد أنها مهمة لربط الركيزة على طول الطبقة الداخلية للغشاء. كما تم تحديد تركيبين إضافيين (3G60 و3G61) لبروتين P-gp، مما كشف عن موقع (مواقع) ارتباط ركيزتين/مثبطتين مختلفتين من الببتيدات الحلقية. ويُبطَّن جيب الارتباط متعدد الوظائف في بروتين P-gp بسلاسل جانبية من الأحماض الأمينية العطرية.

من خلال محاكاة الديناميكا الجزيئية، ثبت أن هذا التسلسل له تأثير مباشر على الاستقرار الهيكلي للناقل (في نطاقات ربط النيوكليوتيدات) وتحديد حد أدنى لجيب ربط الدواء الداخلي. ^{[ 11 ]}

يُعبَّر عن بروتين P-gp بشكل أساسي في أنواع معينة من الخلايا في الكبد والبنكرياس والكلى والقولون والصائم . ^{[ 12 ]} كما يوجد بروتين P-gp في الخلايا البطانية للشعيرات الدموية الدماغية . ^{[ 13 ]}

يدخل الركيزة إلى بروتين P-gp إما من فتحة في الطبقة الداخلية للغشاء أو من فتحة في الجانب السيتوبلازمي للبروتين. يرتبط جزيء ATP بالجانب السيتوبلازمي للبروتين. بعد ارتباط كل منهما، يؤدي تحلل ATP إلى تحريك الركيزة إلى موضع يسمح بإخراجها من الخلية. يحدث إطلاق مجموعة الفوسفات (من جزيء ATP الأصلي) بالتزامن مع إخراج الركيزة. يُطلق جزيء ADP، ويرتبط جزيء جديد من ATP بموقع ارتباط ATP الثانوي. يؤدي تحلل ADP وإطلاقه، بالإضافة إلى إطلاق جزيء الفوسفات، إلى إعادة ضبط البروتين، بحيث يمكن بدء العملية من جديد.

ينتمي هذا البروتين إلى عائلة ناقلات كاسيت ربط الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ABC) . تنقل بروتينات ABC جزيئات متنوعة عبر الأغشية خارج الخلوية وداخل الخلوية. تُقسم جينات ABC إلى سبع عائلات فرعية متميزة (ABC1، MDR/TAP، MRP، ALD، OABP، GCN20، White). هذا البروتين عضو في عائلة MDR/TAP الفرعية، التي تُشارك في مقاومة الأدوية المتعددة . يُعدّ P-gp مضخة طرد دوائي تعتمد على الأدينوسين ثلاثي الفوسفات، وتُستخدم لطرد المركبات الغريبة ذات نطاق واسع من الركائز. وهو مسؤول عن انخفاض تراكم الأدوية في الخلايا المقاومة للأدوية المتعددة، وغالبًا ما يُساهم في تطور مقاومة أدوية السرطان. يعمل هذا البروتين أيضًا كناقل في الحاجز الدموي الدماغي . ترتبط الطفرات في هذا الجين بمقاومة الكولشيسين ومرض التهاب الأمعاء ^. ينتج عن التضفير البديل واستخدام المحفزات البديلة متغيرات نسخ ^{متعددة .}

ينقل بروتين P-gp ركائز متنوعة عبر غشاء الخلية، بما في ذلك:

• أدوية مثل الكولشيسين ، ديسلوراتادين ، ^{[ 15 ]} تاكروليموس وكينيدين .
• العوامل العلاجية الكيميائية مثل مثبطات توبويزوميراز (مثل إيتوبوسيد ، دوكسوروبيسين )، والأدوية التي تستهدف الأنابيب الدقيقة (مثل فينكريستين )، ومثبطات التيروزين كيناز (مثل جيفيتينيب ، سونيتينيب ).
• الدهون
• المنشطات
• المواد الغريبة
• الببتيدات
• البيليروبين
• جليكوسيدات القلب مثل الديجوكسين
• العوامل المثبطة للمناعة
• الجلوكوكورتيكويدات مثل ديكساميثازون
• عوامل العلاج المضاد للفيروسات القهقرية لفيروس نقص المناعة البشرية من النوع الأول، مثل مثبطات البروتياز ومثبطات النسخ العكسي غير النيوكليوزيدية.

إن قدرة بروتين P-gp على نقل المواد المذكورة أعلاه تفسر الأدوار العديدة التي يقوم بها، بما في ذلك:

• تنظيم توزيع الأدوية وتوافرها الحيوي
  • قد يؤدي ازدياد التعبير المعوي عن بروتين P-glycoprotein إلى تقليل امتصاص الأدوية التي تُعد ركائز لهذا البروتين. وبالتالي، تنخفض التوافر الحيوي للدواء، ولا يتم الوصول إلى التركيزات العلاجية في البلازما. من جهة أخرى، قد ينتج عن انخفاض التعبير عن بروتين P-glycoprotein ارتفاع تركيز الدواء في البلازما فوق المستوى العلاجي، بالإضافة إلى سمية الدواء.
  • يؤدي النقل الخلوي النشط لمضادات الأورام إلى مقاومة متعددة لهذه الأدوية
• إزالة المستقلبات السامة والمواد الغريبة من الخلايا إلى البول والصفراء وتجويف الأمعاء
• نقل المركبات خارج الدماغ عبر الحاجز الدموي الدماغي
• امتصاص الديجوكسين
• منع دخول الإيفرمكتين واللوبيراميد إلى الجهاز العصبي المركزي
• هجرة الخلايا المتغصنة
• حماية الخلايا الجذعية المكونة للدم من السموم. ^{[ 5 ]}

يتم تثبيطها بواسطة العديد من الأدوية، مثل أميودارون ، أزيثروميسين ، كابتوبريل ، كلاريثروميسين ، سيكلوسبورين ، بيبرين ، كيرسيتين ، كينيدين ، كينين ، ريزيربين ، ريتونافير ، تاريكويدار ، وفيراباميل . ^{[ 16 ]}

على المستوى الجيني ، خضع التعبير عن بروتين P-gp لدراسة مكثفة، ومن المعروف أن العديد من عوامل النسخ والمسارات تلعب أدوارًا مهمة في هذه العملية. تشارك مجموعة متنوعة من عوامل النسخ، مثل ^{p53 [17] وYB-1 [18] وNF-κB [19} ]، في التنظيم المباشر لبروتين P-gp من خلال الارتباط بمناطق المحفز لجين ^{P - gp} . كما ^{تشارك العديد} من مسارات ^{الإشارات الخلوية في} تنظيم التعبير الجيني لبروتين P-gp. على سبيل المثال، أشارت التقارير إلى أن مسار PI3K/Akt ^{[ 18 ]} ومسار Wnt/β-catenin ^{[ 20 ]} ينظمان التعبير عن بروتين P-gp بشكل إيجابي. تشمل إشارات بروتين كيناز المنشط بالميتوجين (MAPK) ثلاثة مسارات: مسار MAPK/ERK الكلاسيكي ، ومسار p38 MAPK ، ومسار كيناز c-Jun الطرفي N (JNK)، وقد أشارت الدراسات إلى أن جميعها لها دور في تنظيم التعبير عن بروتين P-gp. وأوضحت الدراسات أن مسار MAPK/ERK يشارك في التنظيم الإيجابي لبروتين P-gp؛ ^{[ 21 ]} وأن مسار p38 MAPK ينظم التعبير عن جين P-gp سلبًا؛ ^{[ 22 ]} بينما أشار إلى أن مسار JNK يشارك في كل من التنظيم الإيجابي والسلبي لبروتين P-gp. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

After 2008, microRNAs (miRNAs) were identified as new players in regulating the expression of P-gp in both transcriptional and post-transcriptional levels. Some miRNAs decrease the expression of P-gp. For example, miR-200c down-regulates the expression of P-gp through the JNK signaling pathway^[23] or ZEB1 and ZEB2;^[25]miR-145 down-regulates the mRNA of P-gp by directly binding to the 3'-UTR of the gene of P-gp and thus suppresses the translation of P-gp.^[26] Some other miRNAs increase the expression of P-gp. For example, miR-27a up-regulates P-gp expression by suppressing the Raf kinase inhibitor protein (RKIP);^[27] alternatively, miR-27a can also directly bind to the promoter of the P-gp gene, which works in a similar way with the mechanism of action of transcriptional factors.^[28]

The expression of P-gp is also regulated by post-translational events, such as post-transcriptional modification, degradation, and intracellular trafficking of P-gp. Pim-1 protects P-gp from ubiquitination and the following degradation in the proteasome.^[29]Small GTPasesRab5 down-regulates the endocytotic trafficking of P-gp and thus increases the functional P-gp level on the cell membrane;^[30] while Small GTPases Rab4 work in an opposite way: Rab4 down-regulates the exocytotic trafficking of P-gp from intracellular compartments to the cell membrane, and therefore decreases the functional P-gp level on the cell membrane.^[31]

تم توصيف بروتين P-gp لأول مرة عام 1976. وقد تبين أن بروتين P-gp مسؤول عن منح مقاومة متعددة للأدوية للخلايا السرطانية المتحولة المزروعة التي طورت مقاومة للأدوية السامة للخلايا. ^{[ 5 ] [ 50 ]}

تم تحديد بنية بروتين P-gp في الفئران، والذي يتطابق بنسبة 87% مع بروتين P-gp البشري، باستخدام تقنية علم البلورات بالأشعة السينية في عام 2009. ^{[ 9 ]} وتم تحديد أول بنية لبروتين P-gp البشري في عام 2018، حيث كان البروتين في هيئته الخارجية المرتبطة بجزيء ATP. ^{[ 51 ]}

يمكن استخدام الفيراباميل المشع لقياس وظيفة P-gp باستخدام التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني . ^{[ 52 ]}

يُستخدم بروتين P-gp أيضًا للتمييز بين الخلايا البائية الانتقالية والخلايا البائية الساذجة. ويمكن استخدام أصباغ مثل رودامين 123 وأصباغ MitoTracker من شركة Invitrogen لإجراء هذا التمييز. ^{[ 53 ]}

يعد تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة rs1045642 (3435T>C أو 3435C>T) مهمًا للنشاط التفاضلي لمضخة P-gp.

الأفراد متماثلو الزيجوت، الذين يحملون النمط الجيني TT ، عادةً ما يكونون أكثر قدرة على طرد المواد الغريبة من الخلية. يتميز النمط الجيني متماثل الزيجوت للأليل ABCB1 /MDR1 بقدرة أعلى على امتصاص المواد من الأوعية الدموية وطردها إلى تجويفها بمعدل أقل . يتم طرد المواد الغريبة بمعدل أقل مع الأليلات غير متماثلة الزيجوت (CT) مقارنةً بالأليلات متماثلة الزيجوت. ^{[ 55 ]}

• بروتين P-Glycoprotein في رؤوس الموضوعات الطبية (MeSH) التابعة للمكتبة الوطنية الأمريكية للطب
• موقع جين ABCB1 البشري في متصفح جينوم UCSC .
• تفاصيل جين ABCB1 البشري في متصفح جينوم UCSC .

تتضمن هذه المقالة نصًا من المكتبة الوطنية الأمريكية للطب ، وهو متاح للعموم .