باركين (بروتين)

يلعب باركين دورًا حاسمًا في عملية الالتهام الذاتي للميتوكوندريا وإزالة أنواع الأكسجين التفاعلية . ^{[ 16 ]} الالتهام الذاتي للميتوكوندريا هو عملية التخلص من الميتوكوندريا التالفة في الجسيمات الذاتية ، ويعتمد على حلقة تغذية راجعة إيجابية تتضمن عملًا تآزريًا بين باركين وPINK1. بعد تعرض الخلية لضرر شديد، يؤدي انخفاض جهد غشاء الميتوكوندريا إلى منع دخول PINK1 إلى مصفوفة الميتوكوندريا ، مما يتسبب في تجمعه على الغشاء الخارجي للميتوكوندريا. ^{[ 17 ]} يتم استقطاب باركين إلى الميتوكوندريا بعد إزالة الاستقطاب ، ويتم فسفرته بواسطة PINK1، الذي يقوم في الوقت نفسه بفسفرة اليوبيكويتين المرتبط مسبقًا ببروتينات غشاء الميتوكوندريا. تسهل فسفرة PINK1 واليوبيكويتين تنشيط باركين ومواصلة تجميع سلاسل اليوبيكويتين الأحادية والمتعددة. ^{[ 13 ]} بالنظر إلى قرب هذه السلاسل من PINK1، فمن المرجح حدوث فسفرة إضافية لليوبيكويتين عند Ser65، مما يعزز تعبئة باركين ويوبيكويتين الركيزة في حلقة تعزيز ذاتي . ^{[ 8 ]}

تشمل ركائز باركين بروتينات ميتوفيوزين Mfn1 وMfn2، وهي بروتينات GTPases كبيرة الحجم تُعزز اندماج الميتوكوندريا لتكوين مُركبات أنبوبية ديناميكية تُعظم كفاءة الفسفرة التأكسدية . ^{[ 18 ]} مع ذلك، عند تلف الميتوكوندريا، يصبح تحلل بروتينات الاندماج ضروريًا لفصلها عن الشبكة عبر انشطار الميتوكوندريا ومنع تلف الميتوكوندريا السليمة. ^{[ 19 ]} لذا، يُعد باركين ضروريًا قبل عملية الالتهام الذاتي للميتوكوندريا، حيث يقوم بإضافة اليوبيكويتين إلى Mfn1/2، مما يُهيئه للتحلل البروتيني بواسطة البروتيازوم. وقد حددت الدراسات البروتينية بروتينات إضافية للغشاء الخارجي للميتوكوندريا كركائز لباركين، بما في ذلك بروتين الانشطار FIS، ومُحوله TBC1D15 ، وبروتيني النقل TOMM20 وTOMM70 اللذين يُسهلان حركة بروتينات مثل PINK1 عبر الغشاء الخارجي للميتوكوندريا. ^{[ 20 ]} يُعدّ بروتين ميرو (أو RHOT1 / RHOT2 ) بروتينًا خارج غشائي بالغ الأهمية للنقل المحوري ، وقد يخضع لعملية اليوبيكويتين ويُوجّه نحو التحلل البروتيني بواسطة باركين. ^{[ 21 ]} أدى تحلل ميرو إلى انخفاض ملحوظ في هجرة الميتوكوندريا المتضررة على طول محاور الخلايا العصبية في قرن آمون لدى الفئران ، ^{[ 22 ]} مما يُعزز أهمية باركين في فصل الميتوكوندريا المعيبة عن نظيراتها السليمة والحد من الانتشار المكاني لاختلال وظائف الميتوكوندريا، قبل الالتهام الذاتي.

أثناء عملية الالتهام الذاتي للميتوكوندريا، يستهدف بروتين باركين قناة VDAC1 ، وهي قناة أنيونية حساسة للجهد الكهربائي، تخضع لتغير بنيوي عند إزالة استقطاب غشاء الميتوكوندريا، مما يكشف عن نطاق سيتوبلازمي قابل لليوبيكويتين. ^{[ 17 ]} وقد أدى تثبيط التعبير عن VDAC1 في خلايا هيلا إلى انخفاض ملحوظ في استقطاب باركين إلى الميتوكوندريا المُزالة استقطابها وإزالتها اللاحقة، ^{[ 23 ]} مما يُبرز الدور الحاسم لـ VDAC1 كعلامة انتقائية لتلف الميتوكوندريا ومحفز لعملية الالتهام الذاتي. بعد اقتران اليوبيكويتين، يستقطب باركين مستقبلات الالتهام الذاتي مثل p62 و TAX1BP1 و CALCOCO2 ، مما يُسهل تكوين الجسيمات الالتهامية التي تهضم الميتوكوندريا المعيبة. ^{[ 20 ]}

يعزز باركين، عبر تنشيط مسار إشارات NF-κB ، بقاء الخلايا ويحميها من الموت الخلوي المبرمج الناتج عن الإجهاد. عند تعرض الخلية لأي ضرر، ينشط باركين الوحدة الفرعية المحفزة HOIP لإنزيم E3 ليغاز آخر يُسمى LUBAC. يحفز HOIP تجميع بوليمرات اليوبيكويتين الخطية على مُعدِّل NF-κB الأساسي (NEMO)، مما يعزز نسخ جين GTPase الميتوكوندري OPA1 . ^{[ 24 ]} يحافظ ازدياد ترجمة OPA1 على بنية الأعراف الميتوكوندرية ويقلل من إطلاق السيتوكروم C من الميتوكوندريا، مما يثبط الموت الخلوي المبرمج بوساطة الكاسبيز . والأهم من ذلك، أن باركين ينشط HOIP بفعالية أكبر من عوامل أخرى مرتبطة بـ LUBAC، مثل HOIL-1 وشاربين، ^{[ 25 ]} مما يعني أن تنشيط باركين يعزز بشكل كبير تحمل عوامل الإجهاد المعتدلة .

يمتلك بروتين باركين قدرةً على الارتباط بالحمض النووي ، ويُحدث انخفاضًا في نسخ ونشاط عامل موت الخلايا المبرمج p53، يتناسب طرديًا مع الجرعة . وقد كشف نقل جينات مُختصرة من باركين إلى مُحفز p53 في خلايا SH - SY5Y العصبية أن باركين يرتبط مباشرةً بمُحفز p53 عبر نطاقه RING1. ^{[ 26 ]} في المقابل، قد يكون باركين هدفًا نسخياً لـ p53 في خلايا الرئة H460، حيث يُساهم في عمل p53 كمثبط للأورام . ^{[ 10 ]} ونظرًا لدوره في استتباب الميتوكوندريا ، يُساعد باركين p53 في الحفاظ على التنفس الميتوكوندري ، مع الحد من امتصاص الجلوكوز وإنتاج اللاكتات ، وبالتالي منع ظهور تأثير واربورغ أثناء تكوّن الأورام. ^{[ 27 ]} كما يُساهم باركين في رفع مستويات الجلوتاثيون في السيتوبلازم ، ويحمي من الإجهاد التأكسدي ، مما يجعله مثبطًا حاسمًا للأورام، يتمتع بقدرات مضادة لتحلل الجلوكوز ومضادة للأكسدة . ^{[ 10 ]}

يُعدّ جين PARK2 ( OMIM *602544 ) جين باركين الذي قد يُسبب شكلاً من أشكال مرض باركنسون الشبابي المتنحي ( OMIM 600116) .يُعزى ظهور مرض باركنسون المبكر إلى طفرة في بروتين باركين. قد يكون هذا النوع من الطفرات الجينية أحد أكثر الأسباب الوراثية شيوعًا لمرض باركنسون المبكر . في إحدى الدراسات التي أُجريت على مرضى باركنسون الذين ظهرت عليهم الأعراض قبل سن الأربعين (10% من إجمالي مرضى باركنسون)، وُجد أن 18% منهم يحملون طفرات في بروتين باركين، منها 5% يحملون طفرات متماثلة الزيجوت . ^{[ 28 ]} ويكون المرضى الذين لديهم تاريخ عائلي لمرض باركنسون وراثيًا متنحيًا أكثر عرضةً لحمل طفرات في بروتين باركين إذا كان عمر ظهور الأعراض أقل من 20 عامًا (80% مقابل 28% لمن ظهرت عليهم الأعراض بعد سن الأربعين). ^{[ 29 ]}

لا يُعاني المرضى المصابون بطفرات في جين باركين (PARK2) من أجسام ليوي . يُصاب هؤلاء المرضى بمتلازمة تُشبه إلى حد كبير الشكل العرضي لمرض باركنسون، إلا أنهم يميلون إلى ظهور الأعراض في سن أصغر بكثير. في البشر، ارتبطت طفرات فقدان الوظيفة في جين باركين PARK2 بنسبة 50% من حالات مرض باركنسون الوراثية و15% من الأشكال العرضية التي تبدأ في سن مبكرة . ^{[ 16 ]} في حين يُعتبر مرض باركنسون تقليديًا حالة تنكسية عصبية متأخرة الظهور تتميز بأجسام ليوي الغنية ببروتين ألفا-سينوكلين ، فإن مرض باركنسون المتنحي المرتبط بالصبغي الجسدي الناتج عن طفرات في جين باركين غالبًا ما يبدأ في سن مبكرة ويفتقر إلى ترسبات البروتين الميوبيكويتينية المميزة لمرض باركنسون العرضي. ^{[ 21 ]} قد يشمل مرض باركنسون الناتج عن طفرة جين باركين فقدان الخلايا العصبية النورأدرينالية في الموضع الأزرق، إلى جانب التنكس المميز للخلايا العصبية الدوبامينية في المادة السوداء (الجزء المضغوط). ^{[ 30 ]} ومع ذلك، فإن أعراضه تشبه أعراض مرض باركنسون مجهول السبب ، حيث يعاني المرضى من رعاش في حالة الراحة ، وعدم استقرار في الوضعية ، وبطء الحركة . ^{[ 9 ]}

بينما تُعدّ الميتوكوندريا ضرورية لإنتاج الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) في أي خلية حقيقية النواة ، فإن الخلايا العصبية الكاتيكولامينية تعتمد بشكل خاص على وظيفتها السليمة في إزالة أنواع الأكسجين التفاعلية الناتجة عن استقلاب الدوبامين، وتلبية متطلبات الطاقة العالية لتخليق الكاتيكولامينات. ^{[ 17 ]} إن قابليتها للتلف التأكسدي والإجهاد الأيضي تجعل الخلايا العصبية الكاتيكولامينية عرضةً للتسمم العصبي المرتبط بالخلل في تنظيم نشاط الميتوكوندريا، كما يُفترض حدوثه في كل من مرض باركنسون الوراثي والمجهول السبب. على سبيل المثال، تم الإبلاغ عن زيادة الإجهاد التأكسدي في الخلايا العصبية والعضلات الهيكلية والصفائح الدموية ، بالتزامن مع انخفاض نشاط المركب الأول في سلسلة نقل الإلكترون ، لدى مرضى باركنسون، ^{[ 31 ]} بينما وُجدت حذفات في جينوم الميتوكوندريا في المادة السوداء المدمجة (SNpc). ^{[ 32 ]}

نظراً لدوره المحوري في مراقبة جودة الميتوكوندريا، تم تحديد أكثر من 120 طفرة ممرضة مسببة لمرض باركين في جين باركين. ^{[ 8 ]} قد تكون هذه الطفرات وراثية أو عشوائية، وترتبط بعدم استقرار بنيوي، وانخفاض الكفاءة التحفيزية، وارتباط غير طبيعي للركيزة، وتكوين اليوبيكويتين. ^{[ 9 ]} يمكن تصنيف الطفرات عموماً إلى ثلاث مجموعات، اعتماداً على موقعها. أولاً، قد تؤدي الطفرات المتجمعة حول بقايا الزنك المنسقة على حلقتي RING وIBR إلى الإضرار بالسلامة البنيوية وإضعاف التحفيز . [ ^{12 ] أما} المجموعة الثانية من الطفرات، بما في ذلك Thr240Arg، فتؤثر على البقايا داخل وحول موقع ارتباط E2، وتغير التثبيط الذاتي لـ RING1 بواسطة REP. ^{[ 33 ]} وأخيراً، تؤدي الطفرات Cys431Phe وGly430Asp إلى إضعاف نشاط الليغاز في الموقع التحفيزي ، وتقلل بشكل كبير من وظيفة باركين. ^{[ 8 ]}

يؤكد اكتشاف العديد من ركائز باركين غير الميتوكوندرية أهمية باركين في استتباب الخلايا العصبية، بما يتجاوز دوره في تنظيم الميتوكوندريا. وقد أظهرت مزارع الخلايا التي تُفرط في التعبير عن باركين قدرات باركين القوية في حماية الخلايا العصبية من خلال تخفيف السمية العصبية الدوبامينية، وتورم الميتوكوندريا، والسمية الاستثارية ^{[ 9 ]،} على الرغم من أن وجود مثل هذه الآليات عند مستويات باركين الفسيولوجية في الجسم الحي لم يُؤكد بعد. ومن ركائز باركين الأخرى، سينفيلين-1 (المشفر بواسطة جين SNCAIP )، وهو بروتين يتفاعل مع ألفا-سينوكلين، ويتواجد بكثرة في لب أجسام ليوي، ويخضع لعملية اليوبيكويتين بواسطة باركين بطريقة تُلغى بفعل الطفرات المرتبطة بمرض باركنسون العائلي. ^{[ 34 ]} قد يُعزز بروتين باركين تجمّع بروتين ألفا-سينوكلين وبروتين سينفيلين-1 في أجسام ليوي، التي ترتبط بسلاسل متعددة من اليوبيكويتين المرتبطة باللايسين 63 وتُوجّه نحو التحلل الذاتي. ^{[ 35 ]} لذلك، تُثبّط طفرات باركين هذه الآلية، مما يؤدي إلى تراكم سام للبروتينات الذائبة يُرهق البروتيازوم. يُحفّز تجمّع البروتين سمية عصبية، ويُفسّر غياب أجسام ليوي المُيوبيكويتينية في مرض باركنسون ذي الطفرة في جين باركين. وبالمثل، يُقلّل باركين الطبيعي من موت خلايا SH-SY5Y العصبية عن طريق يوبيكويتين مكونات أخرى لأجسام ليوي، مثل الوحدة الفرعية p38 من مُركّب سينثيتاز أمينو أسيل-tRNA ^{[ 36 ]} وبروتين ربط العنصر البعيد 1 ^{[ 37 ]} من خلال إضافة سلاسل متعددة من اليوبيكويتين المرتبطة باللايسين 48 وتوجيهها نحو التحلل البروتيازومي. يؤثر باركين أيضًا على النقل المحوري واندماج الحويصلات من خلال إضافة اليوبيكويتين إلى التوبولين والسينابتوتاغمين الحادي عشر ( SYT11 ) على التوالي، مما يمنحه دورًا تنظيميًا في وظيفة المشبك العصبي . ^{[ 9 ]}

أخيرًا، يحمي بروتين باركين الخلايا العصبية الدوبامينية من السمية الخلوية الناجمة عن مُحاكي مرض باركنسون 6-OHDA ، وذلك عن طريق تثبيط التعبير عن البروتين p53 العصبي وتنشيطه اللاحق لسلسلة موت الخلايا المبرمج. ^{[ 26 ]} تقع العديد من طفرات باركين المرتبطة بمرض باركنسون في منطقة RING1، وقد تُضعف قدرتها على الارتباط بمُحفز p53 وتثبيطه ، مما يؤدي إلى زيادة التعبير عن p53. ^{[ 38 ]} كما يُظهر مرضى باركنسون الذين يحملون طفرات في جين باركين ارتفاعًا بمقدار أربعة أضعاف في التفاعل المناعي لـ p53 ، ^{[ 26 ]} مما يُشير إلى أن فشل آلية باركين المضادة لموت الخلايا المبرمج قد يكون مُشاركًا في مسببات مرض باركنسون.

تماشياً مع قدرات باركين القوية المضادة للأورام، تم الإبلاغ عن طفرات وحذف سلبي في أورام مختلفة. على سبيل المثال، انخفض عدد نسخ جين PARK2 في 85% من عينات الورم الأرومي الدبقي ، بينما ارتبطت سرطانات الرئة بحذف غير متجانس لجين PARK2 في الموضع 6q25-q27. ^{[ 39 ]} كما أدى نقص باركين إلى انخفاض معدل البقاء على قيد الحياة خالياً من المرض في الفئران المعرضة للأشعة تحت الحمراء دون زيادة معدل الإصابة بالأورام ، مما يشير إلى أن نقص باركين يزيد من قابلية الإصابة بالأحداث المحفزة للأورام، بدلاً من بدء تكوين الورم. ^{[ 10 ]} وبالمثل، أدت الكسور الكروموسومية في جين PARK2 إلى تثبيط التعبير عن بروتين السقالة أفادين في سرطان الثدي ، مما أدى إلى الإخلال بسلامة الظهارة ، وتعزيز القدرة على الانتشار ، وتدهور التشخيص العام . ^{[ 40 ]} تم الكشف عن نقص التعبير عن جين PARK2 ، إما بسبب انخفاض عدد النسخ أو فرط مثيلة الحمض النووي، في سرطان القولون والمستقيم التلقائي ، حيث أدى إلى تسريع جميع مراحل تطور الورم الغدي المعوي في نماذج الفئران. ^{[ 41 ]} لذلك، يُعد باركين مُعدِّلاً قوياً لتطور الورم، دون أن يُحفِّز تكوُّن الورم بشكل مباشر.