بريفيرين

بروتين البريفيرين هو بروتين خيطي وسيط من النوع الثالث، يُعبَّر عنه بشكل رئيسي في الخلايا العصبية للجهاز العصبي المحيطي . كما يوجد أيضًا في الخلايا العصبية للجهاز العصبي المركزي التي تمتد منها امتدادات نحو التراكيب المحيطية، مثل الخلايا العصبية الحركية في النخاع الشوكي. يتشابه حجمه وبنيته وتسلسل/موقع وحداته البروتينية مع بروتينات خيطية وسيطة أخرى من النوع الثالث، مثل الدسمين والفيمينتين والبروتين الحمضي الليفي الدبقي . ومثل هذه البروتينات، يستطيع البريفيرين التجمع الذاتي لتكوين شبكات خيطية متجانسة (شبكات تتكون من ثنائيات بروتين البريفيرين )، ولكنه يستطيع أيضًا تكوين بوليمرات غير متجانسة مع الخيوط العصبية في أنواع عصبية متعددة. يُشفَّر هذا البروتين في الإنسان بواسطة جين PRPH . ^{[ 5 ] [ 6 ]} يُعتقد أن البريفيرين يلعب دورًا في استطالة المحاور العصبية أثناء النمو وتجديد المحاور بعد الإصابة، ولكن وظيفته الدقيقة غير معروفة. كما يرتبط هذا المرض ببعض الأمراض العصبية الرئيسية التي تميز التصلب الجانبي الضموري (ALS)، ولكن على الرغم من الأبحاث المكثفة حول كيفية مساهمة الخيوط العصبية والبروتين المحيطي في التصلب الجانبي الضموري، إلا أن دورهما في هذا المرض لا يزال غير محدد. ^{[ 7 ]}

كان بروتين البريفيرين، الذي سُمّي بهذا الاسم لأول مرة عام 1984، يُعرف أيضًا باسم الخيوط العصبية المتوسطة 57 كيلو دالتون قبل عام 1990. وفي عام 1987، أُطلق اسم البريفيرين أيضًا على بروتين آخر متميز موجود في الخلايا العصوية الشبكية في محيط الشبكية. وللتمييز بين البروتينين، يُشار إلى هذا البروتين الثاني باسم البريفيرين 2 أو البريفيرين/RDS (التنكس الشبكي البطيء) نسبةً إلى موقعه ودوره في أمراض الشبكية. ^{[ 8 ]}

تم اكتشاف بروتين البريفيرين باعتباره الخيط الوسيط الرئيسي في خطوط خلايا الورم الأرومي العصبي وفي خلايا ورم القواتم في الفئران .

تم نشر التسلسل الكامل لجينات البريفيرين (PRPH) في الإنسان (GenBank L14565) والفأر (GenBank M26232) والجرذ (EMBL X59840)، والحمض النووي التكميلي (cDNA) الموصوف حتى الآن هو ذلك الخاص ببريفيرين الجرذ والفأر والضفدع الأفريقي (Xenopus). ^{[ 8 ]} وقد سمح استخدام مسبار cDNA للفأر أثناء عملية التهجين الموضعي بتحديد موقع جين PRPH في منطقة EF من الكروموسوم 15 للفأر ومنطقة q12-q13 من الكروموسوم 12 للإنسان. ^{[ 6 ]}

يتكون التركيب العام لجين البريفيرين من تسعة إكسونات تفصل بينها ثمانية إنترونات . هذا التركيب محفوظ بين الأنواع الثلاثة المعروفة من الثدييات التي تُشفّر بروتين البريفيرين، وهي الإنسان والفأر والجرذ. تتطابق تسلسلات النيوكليوتيدات في إكسونات الإنسان والفأر بنسبة 90%، وتُنتج بروتينًا متوقعًا يختلف في 18 حمضًا أمينيًا فقط من أصل 475. كما أظهرت مقارنة الإنترونين 1 و2 تشابهًا كبيرًا في الأجزاء المحفوظة. وكانت المناطق المجاورة 5' والتسلسلات التنظيمية متشابهة جدًا أيضًا، ووُجد عنصر تنظيمي سلبي لعامل نمو الأعصاب، وموقع ارتباط بروتين Hox (انظر جين Hox )، وعنصر استجابة للصدمة الحرارية في جميع جينات البريفيرين المعروفة. ^{[ 9 ]}

يُعبر عن بروتين البريفيرين على نطاق واسع في أجسام الخلايا ومحاور الخلايا العصبية في الجهاز العصبي المحيطي . وتشمل هذه الخلايا العصبية الصغيرة في العقد الجذرية، والخلايا العصبية الحركية السفلية ، والخلايا العصبية الحسية والحركية للأعصاب القحفية ، والخلايا العصبية اللاإرادية في العقد العصبية والجهاز العصبي المعوي. كما يُعبر عنه في الجهاز العصبي المركزي في مجموعة صغيرة من خلايا جذع الدماغ والحبل الشوكي التي تمتد منها امتدادات عصبية نحو التراكيب المحيطية. ومن هذه التراكيب نوى الخلايا الكبيرة في منطقة ما تحت المهاد، ونوى الكولينرجية في الجسر، وبعض نوى المخيخ، وخلايا عصبية متفرقة في القشرة المخية. ^{[ 8 ]} ويمكن العثور عليه أيضًا في خلايا القرن البطني وفي نوى الكولينرجية في السقيفة الظهرية الجانبية (LDT) والسقيفة الجسرية السويقية (PPT). ^{[ 10 ]}

أظهرت مقارنة تعبير بروتين البريفيرين في منطقة ما تحت المهاد الخلفية والجانبية لدى الفئران زيادةً في التعبير بمقدار ستين ضعفًا في منطقة ما تحت المهاد الخلفية. ويعود هذا التعبير الأعلى إلى وجود بروتين البريفيرين في الخلايا العصبية الحدبية الحلمية في منطقة ما تحت المهاد الخلفية لدى الفئران. ^{[ 10 ]}

يُصنَّف بروتين البريفيرين، بناءً على بنية جيناته وتسلسل ترميزه، كبروتين من النوع الثالث من بروتينات الخيوط المتوسطة، وذلك لتشابهه مع الفيمينتين، والبروتين الحمضي الليفي الدبقي، والديسمين. ^{[ 11 ]} تشترك جميع بروتينات الخيوط المتوسطة في بنية ثانوية مشتركة تتكون من ثلاثة نطاقات رئيسية، وأكثرها حفظًا هو نطاق القضيب الحلزوني ألفا المركزي. يُغطى هذا الملف المركزي بنطاقي رأس ( طرفي N ) وذيل ( طرفي C ) غير حلزونيين. يحتوي نطاق القضيب الحلزوني ألفا على أجزاء متكررة من الأحماض الأمينية الكارهة للماء ، بحيث يكون الحمضان الأمينيان الأول والرابع من كل مجموعة من سبعة أحماض أمينية غير قطبيين عادةً. تُمكّن هذه البنية المحددة جزيئين من عديدات ببتيد الخيوط المتوسطة من الالتفاف معًا وتكوين "ختم كاره للماء". ^{[ 12 ]} يحتوي القضيب أيضًا على وضع محدد لبقايا حمضية وقاعدية متناوبة، يفصل بين العديد منها أربعة أحماض أمينية. تُعدّ هذه المسافة مثالية لتكوين جسور ملحية أيونية، والتي تعمل على تثبيت القضيب الحلزوني ألفا من خلال التفاعلات داخل السلسلة. ^{[ 12 ]} قد يُسهم التحوّل من الجسور الملحية داخل السلسلة إلى الروابط الأيونية بين السلاسل في تجميع الخيوط المتوسطة عن طريق استخدام التفاعلات الكهروستاتيكية لتثبيت ثنائيات اللولب المزدوج. ^{[ 12 ]} تختلف مناطق الرأس والذيل لبروتينات الخيوط المتوسطة في الطول وتركيب الأحماض الأمينية، مع وجود اختلافات أكبر في الطول في مناطق الذيل. ^{[ 12 ]}

على عكس خيوط الكيراتين المتوسطة، يمكن لبروتين البريفيرين أن يتجمع ذاتيًا ويتواجد على شكل بوليمرات متجانسة (انظر: بوليمر ). كما يمكنه أن يتجمع بشكل غير متجانس، أو أن يتحد مع بروتينات أخرى من النوع الثالث أو مع الوحدة الفرعية الخفيفة من الخيوط العصبية (NF-L) لتكوين شبكات من الخيوط المتوسطة. ^{[ 12 ]} يمكن لبروتينات النوع الثالث، مثل البريفيرين، أن تتواجد في حالات مختلفة داخل الخلية. تشمل هذه الحالات جزيئات غير خيطية تتحد لتكوين خيوط متوسطة قصيرة متماسكة، أو ما يُعرف بالخطوط المتعرجة. تتجمع هذه الخطوط المتعرجة لتكوين خيوط متوسطة طويلة تُشكل شبكات الهيكل الخلوي. ^{[ 13 ]} تُظهر دراسات تجميع الشبكة في الخلايا الليفية المنتشرة والخلايا العصبية المتمايزة أن الجزيئات تتحرك على طول الأنابيب الدقيقة بطريقة تعتمد على الكينيسين والداينين ، ومع استمرار الانتشار، تتجمع الجزيئات لتكوين خيوط متوسطة. ^{[ 13 ]}

بالإضافة إلى النوع الرئيسي من بروتين البريفيرين، بوزن 57 كيلو دالتون، تم تحديد شكلين آخرين في الفئران: Per 61 وPer 56. وينتج هذان الشكلان البديلان عن طريق التضفير البديل . يُنتج Per 61 بإدخال 32 حمضًا أمينيًا ضمن اللفة 2b من نطاق القضيب الحلزوني ألفا لبروتين البريفيرين. أما Per 56، فيُنتج بواسطة مستقبل على الإكسون 9 من نسخة جين البريفيرين، مما يُحفز انزياحًا في إطار القراءة واستبدال تسلسل مكون من 21 حمضًا أمينيًا في الطرف الكربوكسيلي الموجود في الشكل السائد بوزن 57 كيلو دالتون بتسلسل جديد مكون من 8 أحماض أمينية. وظائف هذين الشكلين البديلين من بروتين البريفيرين غير معروفة. يُعبر عن Per 57 وPer 56 معًا بشكل طبيعي، بينما لا يُوجد Per 61 في التعبير الطبيعي لبروتين البريفيرين في الخلايا العصبية الحركية البالغة. ^{[ 14 ]}

قد تُعزى الأشكال الجزيئية المميزة لأنواع الخلايا المختلفة إلى الخصائص المتنوعة للخيوط المتوسطة، مقارنةً ببروتينات الأنابيب الدقيقة وخيوط الأكتين المحفوظة. ففي الخلايا العصبية، على سبيل المثال، يرتبط التعبير عن أنواع مختلفة من الخيوط المتوسطة بتغير شكل الخلية أثناء النمو. وتتميز المراحل المبكرة من نمو الخلايا العصبية بنمو المحاور العصبية التي تُسهم في شكلها غير المتناظر. وخلال هذه التحولات في شكل الخلية، تتكون فقط الخيوط المتوسطة من النوع الثالث المتجانسة، مثل تلك التي تحتوي على بروتين البريفيرين. ومع نضوج الخلية العصبية، تُستبدل هذه الخيوط المتوسطة من النوع الثالث بخيوط عصبية أكثر تعقيدًا من النوع الرابع، مما يزيد من قطر المحاور العصبية للوصول إلى سرعات طبيعية لجهود الفعل . ^{[ 15 ]}

الوظيفة الدقيقة لبروتين البريفيرين غير معروفة. يبلغ تعبير البريفيرين ذروته خلال مرحلة نمو المحاور العصبية، ثم ينخفض ​​بعد الولادة، مما يشير إلى دوره في استطالة المحاور العصبية وتوجيهها أثناء النمو. كما يزداد تعبيره بعد إصابة المحاور العصبية، مثل قطع المحاور الطرفية في الخلايا العصبية الحركية والعقد الجذرية الظهرية . يشير هذا الارتفاع في التعبير إلى أن البريفيرين قد يلعب دورًا في تجديد المحاور العصبية. ^{[ 10 ]} مع ذلك، تُثبت التجارب التي أُجريت باستخدام خلايا PC12 المُستنفدة من البريفيرين وفئران مُعدلة وراثيًا خالية من البريفيرين أن غالبية الخلايا العصبية لا تحتاج إلى البريفيرين لتوجيه المحاور العصبية وإعادة نموها. لم تُظهر خلايا PC12 المُفتقرة للبريفيرين أي عيوب في نمو المحاور العصبية، كما أن الفئران المُعدلة وراثيًا الخالية من البريفيرين تنمو بشكل طبيعي دون أي تشوهات تشريحية أو أنماط ظاهرية مختلفة. ^{[ 11 ]} في هذه التجارب، أدى نقص البريفيرين إلى زيادة في مستوى ألفا- إنترنكسين ، مما يشير إلى احتمال أن هذا النوع من الخيوط المتوسطة من النوع الرابع يعوض نقص البريفيرين. قد تتناول الدراسات المستقبلية على الفئران المعدلة وراثيًا التي تفتقر إلى جيني البريفيرين وألفا-إنترنكسين هذه النظرية. ^{[ 11 ]} مع ذلك، فبينما أظهرت معظم الفئران التي تفتقر إلى البريفيرين نموًا طبيعيًا للخلايا العصبية، إلا أن غيابه أثر على نمو مجموعة فرعية من المحاور الحسية غير المغلفة بالميالين. في هذه الفئران، لوحظ "انخفاض بنسبة 34% في عدد الألياف الحسية غير المغلفة بالميالين من الطبقة الخامسة، والذي ارتبط بانخفاض ارتباط الليكتين IB4 ". ^{[ 11 ]}

يلعب عامل نمو الأعصاب (NGF) دورًا رئيسيًا في تنظيم بروتين البريفيرين. فهو محفز نسخ ومنظم ما بعد الترجمة لتعبير البريفيرين في خلايا PC12 وخلايا الورم العصبي الأرومي. تحدث آلية التنشيط المحفز بواسطة NGF من خلال عناصر مجاورة 5' وتسلسلات جينية داخلية تشمل صندوق TATA وعناصر أخرى في المنطقة المجاورة، بالإضافة إلى تثبيط التعبير عند عنصر سلبي. لا تزال الإشارات المحددة التي تنظم تعبير البريفيرين في الجسم الحي غير معروفة. يتم تنشيط جين البريفيرين نسخياً في كل من الخلايا العصبية الحسية الصغيرة والكبيرة في العقدة الجذرية الظهرية في اليوم العاشر من التطور الجنيني تقريبًا، ويتواجد الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) في هذه الخلايا بعد اليوم الثاني من الولادة وطوال فترة البلوغ. تعمل آليات ما بعد النسخ على تقليل كمية البريفيرين القابلة للكشف إلى الخلايا الصغيرة فقط؛ ومع ذلك، فإن سحق الزوائد الطرفية في خلايا العقدة الجذرية الظهرية يؤدي إلى وجود mRNA وبروتين بريفيرين قابل للكشف في الخلايا الكبيرة. ^{[ 8 ]}

يمكن للسيتوكينات الالتهابية، مثل إنترلوكين-6 وعامل تثبيط اللوكيميا ، أن تحفز أيضًا التعبير عن بروتين البريفيرين عبر مسار إشارات JAK-STAT . ويرتبط هذا التنظيم التصاعدي المحدد بتجديد الخلايا العصبية. ^{[ 14 ]}

قد يكون بروتين البريفيرين متورطًا في مرضية داء السكري المعتمد على الأنسولين (أو داء السكري من النوع الأول ) لدى الحيوانات؛ ومع ذلك، لم يُعثر على ارتباط مباشر بينه وبين مرض السكري لدى البشر. في نموذج فأر غير بدين مصاب بالسكري ، وُجد أن البريفيرين مستضد ذاتي معروف (انظر المستضد ). كما وُجدت مستنسخات خلايا بائية متفاعلة مع البريفيرين في المراحل المبكرة من المرض. نظرًا لأن البريفيرين يُعبَّر عنه في كل من الجهاز العصبي المحيطي، وفي الحيوانات الصغيرة، بواسطة خلايا بيتا في جزر لانغرهانس ، فمن المحتمل أن يكون تدمير كل من عناصر الجهاز العصبي المحيطي وخلايا بيتا في جزر لانغرهانس في داء السكري المعتمد على الأنسولين ناتجًا عن الاستجابة المناعية للبريفيرين المتفاعل ذاتيًا. ^{[ 10 ]}

قد يلعب بروتين البريفيرين دورًا في التشخيص النهائي لداء هيرشسبرونغ . يخضع المرضى المشتبه بإصابتهم بهذا المرض لخزعة من المستقيم للبحث عن وجود أو غياب الخلايا العقدية . مع ذلك، قد يكون تحديد هذه الخلايا صعبًا للغاية، خاصةً عند حديثي الولادة حيث يسهل الخلط بين الخلايا العقدية غير الناضجة والخلايا البطانية والخلايا اللحمية المتوسطة والخلايا الالتهابية. وللمساعدة في تحديدها، تم تطوير بروتوكول يستخدم التلوين المناعي النسيجي لبروتين البريفيرين وبروتين S-100 للمساعدة في التعرف على الخلايا العقدية في خزعات المستقيم. ^{[ 16 ]}

• بروتين بيريفيرين في رؤوس الموضوعات الطبية (MeSH) التابعة للمكتبة الوطنية الأمريكية للطب