حمض الفوسفاتيديك

يُعد حمض الفوسفاتيديك (PA) من الدهون الخلوية الحيوية التي تعمل كطليعة حيوية لتكوين جميع دهون أسيل جليسرول في الخلية (بشكل مباشر أو غير مباشر). ^{[ 11 ]}

في خلايا الثدييات والخميرة ، يُعرف مساران مختلفان لتخليق حمض الفوسفاتيديك (PA) من الصفر، وهما مسار جليسرول 3-فوسفات ومسار ثنائي هيدروكسي أسيتون فوسفات. في البكتيريا، يوجد المسار الأول فقط، والطفرات التي تعيق هذا المسار مميتة، مما يدل على أهمية حمض الفوسفاتيديك. في خلايا الثدييات والخميرة، حيث تتكرر الإنزيمات في هذين المسارين، فإن طفرة أي إنزيم منهما لا تكون مميتة. مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه في المختبر ، تُظهر ناقلات الأسيل المختلفة تخصصات مختلفة تجاه الركائز فيما يتعلق بأسيل-CoA التي تُدمج في حمض الفوسفاتيديك. كما أن لناقلات الأسيل المختلفة توزيعات خلوية داخلية مختلفة، مثل الشبكة الإندوبلازمية والميتوكوندريا والبيروكسيسومات ، بالإضافة إلى تركيزات موضعية للأحماض الدهنية النشطة. يشير هذا إلى أن ناقلات الأسيل المختلفة الموجودة في خلايا الثدييات والخميرة قد تكون مسؤولة عن إنتاج مجموعات مختلفة من حمض الفوسفاتيديك. ^{[ 11 ]}

يُعد تحويل حمض الفوسفاتيديك (PA) إلى ثنائي أسيل جليسرول (DAG) بواسطة إنزيمات فوسفاتاز البروتين الدهني (LPPs) خطوةً أساسيةً لإنتاج فوسفاتيديل كولين (PC) وفوسفاتيديل إيثانولامين (PE) وفوسفاتيديل سيرين (PS). بالإضافة إلى ذلك، يتحول DAG أيضًا إلى CDP-DAG، وهو طليعة لفوسفاتيديل جليسرول (PG) وفوسفاتيديل إينوزيتول (PI) والفوسفاتيديل إينوزيتيدات (PIP، PIP2 _، PIP3 ₎ . ^{[ 11 ]}

تُحافظ إنزيمات LPPs الفعّالة على تركيزات حمض الفوسفاتيديك (PA) عند مستويات منخفضة للغاية داخل الخلية. ^{[ 6 ]} تُحوّل هذه الإنزيمات حمض الفوسفاتيديك إلى ثنائي أسيل جليسرول (DAG) بسرعة كبيرة، ولأن ثنائي أسيل جليسرول هو طليعة للعديد من الليبيدات الأخرى، فإنه يُستقلب سريعًا إلى ليبيدات غشائية أخرى. هذا يعني أن أي زيادة في إنتاج حمض الفوسفاتيديك يمكن أن تُقابل، بمرور الوقت، بزيادة مماثلة في إنزيمات LPPs وفي إنزيمات استقلاب ثنائي أسيل جليسرول.

لذلك، فإن PA ضروري لتخليق الدهون وبقاء الخلية، ومع ذلك، في ظل الظروف الطبيعية، يتم الحفاظ عليه عند مستويات منخفضة للغاية في الخلية.

يُعدّ حمض الفوسفاتيديك (PA) فوسفوليبيدًا فريدًا من نوعه، إذ يحتوي على مجموعة رأسية صغيرة ذات شحنة عالية قريبة جدًا من هيكل الجلسرين. ومن المعروف أن حمض الفوسفاتيديك يلعب دورًا في كلٍّ من انشطار الحويصلات ^{[ 12 ]} واندماجها ^{[ 13 ]} ، وقد ترتبط هذه الأدوار بالخصائص الفيزيائية الحيوية لحمض الفوسفاتيديك.

في مواقع تبرعم الأغشية أو اندماجها، يصبح الغشاء شديد الانحناء. ومن الأحداث الرئيسية في تبرعم الحويصلات، مثل نواقل النقل من جهاز غولجي ، تكوين عنق الغشاء ثم تضييقه. وقد أشارت الدراسات إلى أن هذه العملية قد تكون مدفوعة بالدهون، وافترضت دورًا محوريًا لثنائي أسيل غليسيرول (DAG) نظرًا لشكله الجزيئي الفريد. ويؤدي وجود سلسلتين من الأسيل دون وجود مجموعة رأسية إلى انحناء سلبي كبير في الأغشية. ^{[ 14 ]}

يُعتقد أن إنزيم LPAAT BARS-50 يلعب دورًا في عملية التبرعم من جهاز جولجي. ^{[ 12 ]} يشير هذا إلى أن تحويل الليزوفوسفاتيديل أسيد (lysoPA) إلى حمض الفوسفاتيديك (PA) قد يؤثر على انحناء الغشاء. يُضاعف نشاط إنزيم LPAAT عدد سلاسل الأسيل، مما يزيد بشكل كبير من مساحة المقطع العرضي للدهون الموجودة داخل الغشاء، بينما تبقى المجموعة الرأسية السطحية دون تغيير. قد ينتج عن ذلك انحناء غشائي أكثر سلبية. درس باحثون من جامعة أوتريخت تأثير الليزوفوسفاتيديل أسيد (lysoPA) مقابل حمض الفوسفاتيديك (PA) على انحناء الغشاء من خلال قياس تأثيرهما على درجة حرارة انتقال الفوسفاتيديل إيثانولامين (PE) من طبقات الدهون الثنائية إلى الأطوار غير الصفائحية باستخدام تقنية الرنين المغناطيسي النووي للفوسفور ^{-31 (} 31P-NMR). ^{[ 15 ]} وقد تبين أن الانحناء الناتج عن هذه الدهون لا يعتمد فقط على بنية الليزوفوسفاتيديل أسيد (lysoPA) مقابل حمض الفوسفاتيديك (PA)، بل يعتمد أيضًا على الخصائص الديناميكية، مثل تميؤ المجموعات الرأسية والتفاعلات بين الجزيئات وداخلها. على سبيل المثال، قد يتفاعل أيون الكالسيوم (Ca2 ⁺⁾ مع اثنين من حمض الفوسفاتيديك (PA) لتكوين مُركّب متعادل ولكنه شديد الانحناء. يُتيح تحييد الشحنات المتنافرة للمجموعات الرأسية، وغياب أي إعاقة فراغية، تفاعلات جزيئية قوية بين سلاسل الأسيل، مما ينتج عنه نطاقات دقيقة غنية بحمض الفوسفاتيديك. وبالتالي، في المختبر ، تُؤثر التغيرات الفسيولوجية في الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة وتركيزات الكاتيونات تأثيرًا كبيرًا على انحناء الغشاء الناتج عن حمض الفوسفاتيديك (PA) وحمض الليزوفوسفاتيديك (lysoPA). ^{[ 15 ]} يُمكن أن يُؤدي التحول المتبادل بين حمض الليزوفوسفاتيديك (lysoPA) وحمض الفوسفاتيديك (PA) وثنائي أسيل جليسرول (DAG)، والتغيرات في الرقم الهيدروجيني وتركيز الكاتيونات، إلى انحناء الغشاء وعدم استقراره، مما يُؤدي دورًا مباشرًا في انشطار الغشاء ببساطة بفضل خصائصها الفيزيائية الحيوية. ومع ذلك، على الرغم من أن حمض الفوسفاتيديك (PA) وحمض الليزوفوسفاتيديك (lysoPA) قد ثبت تأثيرهما على انحناء الغشاء في المختبر ، إلا أن دورهما في الجسم الحي غير واضح.

لا تنفي أدوار الليزوفوسفاتيديل أسيد (lysoPA) والفوسفاتيديل أسيد (PA) وثنائي أسيل جليسرول (DAG) في تعزيز انحناء الغشاء دورها في استقطاب البروتينات إلى الغشاء. فعلى سبيل المثال، لا يتأثر احتياج الكالسيوم (Ca2 ⁺⁾ لاندماج الليبوسومات المعقدة بشكل كبير بإضافة أنيكسين I، على الرغم من انخفاضه بوجود فوسفوليباز D (PLD). ومع ذلك، بوجود أنيكسين I و PLD، يزداد مدى الاندماج بشكل كبير، وينخفض ​​احتياج الكالسيوم (Ca2 ⁺⁾ بمقدار ألف ضعف تقريبًا ليصل إلى مستويات قريبة من المستويات الفسيولوجية. ^{[ 13 ]}

وبالتالي، قد تكون الأدوار الأيضية والفيزيائية الحيوية والتجنيدية والإشارية لـ PA مترابطة.

يُحافظ على تركيز منخفض من حمض الفوسفاتيديك (PA) في معظم غشاء الخلية ليُطلق إشارات موضعية بتركيز عالٍ بشكل مؤقت. ^{[ 16 ]} على سبيل المثال، تُفعَّل قنوات TREK-1 عن طريق الارتباط الموضعي مع فوسفوليباز D (PLD) وإنتاج حمض الفوسفاتيديك. ^{[ 17 ]} يبلغ ثابت تفكك حمض الفوسفاتيديك لقنوات TREK-1 حوالي 10 ميكرومولار. ^{[ 18 ]} يسمح الارتباط الضعيف نسبيًا، بالإضافة إلى التركيز المنخفض لحمض الفوسفاتيديك في الغشاء، بإيقاف القناة. يشير التركيز الموضعي العالي اللازم للتفعيل إلى وجود بعض القيود على الأقل في انتشار الدهون الموضعي. يُعد التركيز المنخفض لحمض الفوسفاتيديك في معظم غشاء الخلية، بالإضافة إلى إطلاق إشارات موضعية عالية، عكس إشارات PIP2. إذ يُحافظ على تركيز عالٍ نسبيًا من PIP2 في الغشاء، ثم يتحلل مائيًا بشكل مؤقت بالقرب من البروتين لتقليل إشاراته بشكل مؤقت. ^{[ 19 ]} تُحاكي إشارات حمض الفوسفاتيديك إشارات PIP2 من حيث أن التركيز الكلي للدهون المُشيرة لا يحتاج إلى التغيير لإحداث تأثير موضعي قوي على البروتين المستهدف.

كما ذُكر أعلاه، يقوم إنزيم فوسفوليباز D بتحليل الفوسفاتيديل كولين لتكوين حمض الفوسفاتيديك والكولين . ولأن الكولين متوفر بكثرة في الخلية، فإن نشاط إنزيم فوسفوليباز D لا يؤثر بشكل ملحوظ على مستويات الكولين؛ ومن غير المرجح أن يلعب الكولين أي دور في الإشارات الخلوية.

يشير دور تنشيط إنزيم فوسفوليباز D (PLD) في العديد من سياقات الإشارات الخلوية، إلى جانب غياب دور الكولين، إلى أهمية حمض الفوسفاتيديك (PA) في هذه الإشارات. مع ذلك، يتحول حمض الفوسفاتيديك بسرعة إلى ثنائي أسيل جليسرول (DAG)، المعروف أيضاً بأنه جزيء إشاري. يثير هذا التساؤل حول ما إذا كان لحمض الفوسفاتيديك دور مباشر في الإشارات الخلوية، أو ما إذا كان يعمل ببساطة كمركب أولي لإنتاج ثنائي أسيل جليسرول. ^{[ 20 ] [ 21 ]} إذا تبين أن حمض الفوسفاتيديك يعمل فقط كمركب أولي لإنتاج ثنائي أسيل جليسرول، فإنه يمكن التساؤل عن سبب استخدام الخلايا إنزيمين لإنتاج ثنائي أسيل جليسرول، في حين أنها تحتوي على إنزيم فوسفوليباز C (PLC) القادر على إنتاج ثنائي أسيل جليسرول في خطوة واحدة.

يمكن التمييز بين الفوسفاتيديل أسيتيك (PA) الناتج عن إنزيم فوسفوليباز D (PLD) أو إنزيم ثنائي أسيل جليسرول كيناز (DAGK) بإضافة [γ- ^32P ]ATP. سيوضح هذا ما إذا كانت مجموعة الفوسفات مشتقة حديثًا من نشاط الكيناز أم أنها تنشأ من الفوسفاتيديل كولين (PC). ^{[ 22 ]}

على الرغم من أن حمض الفوسفاتيديك (PA) وثنائي أسيل جليسرول (DAG) قابلان للتحويل المتبادل، إلا أنهما لا يعملان في المسارات نفسها. فالمحفزات التي تُنشط إنزيم فوسفوليباز D (PLD) لا تُنشط الإنزيمات التي تلي DAG، والعكس صحيح. على سبيل المثال، تبين أن إضافة PLD إلى الأغشية ينتج عنها إنتاج حمض الفوسفاتيديك الموسوم بالنظير [ ^32P ] والفوسفاتيديل إينوزيتول الموسوم بالنظير [ ^32P ] . ^{[ 23 ]} وتؤدي إضافة مثبطات DAGK إلى منع إنتاج حمض الفوسفاتيديك الموسوم بالنظير [ ^32P ]، ولكنها لا تمنع إنتاج الفوسفاتيديل إينوزيتول المحفز بواسطة PLD.

من المحتمل أنه على الرغم من إمكانية تحويل حمض الفوسفاتيديك (PA) وثنائي أسيل جليسرول (DAG) إلى بعضهما البعض، إلا أنه قد يتم الحفاظ على مجموعات منفصلة من الدهون الإشارية وغير الإشارية. وقد أشارت الدراسات إلى أن إشارات DAG تتوسطها جزيئات DAG متعددة الروابط غير المشبعة، في حين أن حمض الفوسفاتيديك المشتق من إنزيم فوسفوليباز D (PLD) يكون أحادي الروابط غير المشبعة أو مشبعًا. وبالتالي، يمكن تحلل حمض الفوسفاتيديك المشبع/أحادي الروابط غير المشبعة الوظيفي عن طريق تحلله مائيًا لتكوين جزيئات DAG غير المشبعة/أحادية الروابط غير المشبعة غير الوظيفية، في حين يمكن تحلل جزيئات DAG متعددة الروابط غير المشبعة الوظيفية عن طريق تحويلها إلى حمض فوسفاتيديك متعدد الروابط غير مشبع غير وظيفي. ^{[ 20 ] [ 24 ]}

يشير هذا النموذج إلى أن مُؤثرات PA وDAG قادرة على التمييز بين الليبيدات ذات المجموعات الرأسية المتشابهة ولكن بسلاسل أسيل مختلفة. على الرغم من قدرة بعض البروتينات الرابطة للليبيدات على الاندماج في الأغشية، وإمكانية تعرفها نظريًا على نوع سلسلة الأسيل أو خصائص الغشاء الناتجة، فإن العديد من هذه البروتينات سيتوبلازمية وتتمركز في الغشاء عن طريق الارتباط فقط بالمجموعات الرأسية للليبيدات. ربما تؤثر سلاسل الأسيل المختلفة على زاوية المجموعة الرأسية في الغشاء. إذا صحّ ذلك، فهذا يشير إلى أن نطاق ربط PA لا يجب أن يقتصر على الارتباط بـ PA بشكل خاص فحسب، بل يجب أن يكون قادرًا أيضًا على تحديد المجموعات الرأسية ذات الزاوية الصحيحة. أيًا كانت الآلية، فإن هذه الخصوصية ممكنة. وقد لوحظت في DAGK في خصيتي الخنزير، وهو مُتخصص في DAG غير المُشبع ^{[ 25 ]} ، وفي اثنين من LPPs في خلايا كبد الفئران، واللذان يُزيلان الفوسفات من أنواع مختلفة من PA بنشاطات مختلفة. ^{[ 26 ]} علاوة على ذلك، تبين أن تحفيز نشاط SK1 بواسطة PS في المختبر يختلف اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على نوع PS المستخدم، سواء كان ثنائي الأولويل (C18:1) أو ثنائي الستيارويل (C18:0) أو 1-ستيارويل، 2-أوليويل. ^{[ 27 ]} لذا يبدو أنه على الرغم من أن PA وDAG قابلان للتحويل المتبادل، إلا أن الأنواع المختلفة من الدهون قد يكون لها أنشطة بيولوجية مختلفة؛ وهذا قد يمكّن كلًا من الدهون من الحفاظ على مسارات إشارات منفصلة.