اللبتينات في الأسماك العظمية

الليبتينات في الأسماك العظمية هي عائلة من الهرمونات الببتيدية الموجودة في الأسماك العظمية ، وهي نظائر لهرمون الليبتين الموجود في الثدييات . ويبدو أن الليبتينات في الأسماك العظمية والثدييات لها وظائف متشابهة، وهي تنظيم استهلاك الطاقة وإنفاقها.

لطالما اعتُقد أن هرمون اللبتين (LEP) خاص بالثدييات، ولكن في السنوات الأخيرة ، تم اكتشاف جين ( lep ) في البرمائيات مثل سمندل النمر ( Ambystoma tigrinum ) ^{[ 2 ] [ 3 ]} والضفدع الأفريقي المخالب ( Xenopus laevi ) ^{[ 4 ]} . ويُظهر اكتشاف جين lep في سمكة البخاخ ( Takifugu rubripes ) ^{[ 5 ]} الأصل القديم لهذا الهرمون.

يوجد جينان متماثلان من نوع lep في سمك السلمون الأطلسي ( Salmo salar ). ^{[ 6 ]} وقد تم توثيق جين lep واحد في سمكة البخاخ الخضراء المرقطة ( Tetraodon nigroviridis )، ^{[ 5 ]} وسمك السلمون المرقط قوس قزح ( Oncorhynchus mykiss )، ^{[ 7 ]} وسمك السلمون المرقط القطبي ( Salvelinus alpinus )، ^{[ 8 ]} وسمك الشبوط الفضي ( Hypophthalmichthys molitrix )، وسمك الشبوط العشبي ( Ctenopharyngodon idellus ). ^{[ 9 ]} وفي أنواع أخرى، توجد تقارير عن وجود جينين متماثلين من نوع lep، بما في ذلك سمك الشبوط الشائع ( Cyprinus carpio ) ^{[ 10 ]} وسمك السلمون الأطلسي. ^{[ 6 ]} كما تم العثور على جينات lep ذات صلة أبعد في سمكة الميداكا ( Oryzias latipes ) ^{[ 11 ]} وسمك الزيبرا ( Danio rerio ). ^{[ 12 ]} يوجد على الأقل جينان للليبتين ( lepa و lepb ) في السلالة التاجية (الشكل 1). ^{[ 5 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} أظهرت نتائج مبكرة أن lepa و lepb يتشاركان في نسبة منخفضة من تطابق الأحماض الأمينية بين الأنواع، ويُعتقد أنهما نشآ من خلال تضاعف الجينوم الكامل، ^{[ 5 ]} الذي حدث مبكرًا في سلالة الأسماك العظمية. ^{[ 13 ]} وُصف تضاعف الجينات في سمك السلمون الأطلسي، وسمك الميداكا الياباني، وسمك الشبوط الشائع، وسمك الزيبرا. ^{[ 6 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} يتجمع كلا نظيري lep ^{[ 6 ]} مع lepa ، مما يشير إلى أنه قد يوجد شكل واحد على الأقل ( lepb ) في هذا النوع، نظرًا لكونه رباعي الصبغيات . ^{[ 14 ]} ومع ذلك، فإن المحاولات السابقة باستخدام الترتيب الجيني الجينوميلم يتم العثور على النسخ الجينية المفترضة إلا في نظير جينوم سمكة الميداكا وسمكة الزيبرا. ^{[ 11 ] [ 12 ]} ولا يزال من غير الواضح حاليًا ما إذا كان جين lepb موجودًا في الأسماك العظمية الأخرى نظرًا لطبيعة هذا النظير الجيني المتدهورة.

أثارت الاختلافات الكبيرة بين الليبتينات في الثدييات ذوات الدم الحار والليبتينات في الأسماك العظمية ذوات الدم البارد تساؤلاً حول ما إذا كانت وظائف الليبتينات في الحفاظ على توازن الطاقة محفوظةً في الأسماك العظمية. كشف التحليل التطوري الأولي أن نسبة حفظ الأحماض الأمينية مع نظائر الليبتينات في الفقاريات الأخرى منخفضة، حيث بلغت نسبة تطابق تسلسل الأحماض الأمينية بين ليبتينات سمكة التورافوغو وليبتينات الإنسان 13.2% فقط. ^{[ 5 ]} وقد أكدت دراسات لاحقة انخفاض نسبة تطابق الأحماض الأمينية في ليبتينات الأسماك العظمية مقارنةً بليبتينات الثدييات. ^{[ 5 ] [ 10 ] [ 15 ] [ 16 ]}

تُشير نماذج التماثل ثلاثية الأبعاد إلى وجود حفاظ قوي على البنية الثلاثية بين سمك السلمون الأطلسي وأنواع أخرى من الرخويات العظمية مقارنةً بنظائرها من الثدييات (الشكل 2). ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 11 ] [ 12 ]}

يحتوي كل من lepa1 و lepa2 على بقايا سيستين مميزة تُشير إلى تكوين رابطة ثنائية الكبريتيد في بروتين Lep، وهو شرط أساسي لهذا التكوين ثلاثي الأبعاد والنشاط الحيوي لبروتين LEP البشري. ^{[ 19 ] [ 20 ]} تشير النماذج إلى أن رابطة lepa2 قد تختلف عن رابطة lepa1 . توجد عدة اختلافات بين البنيتين ثلاثيتي الأبعاد لـ lepa1 و lepa2 ؛ على سبيل المثال، يكون الحلزون ألفا 5 أقصر بكثير في lepa1 منه في lepa2 . علاوة على ذلك، يبدو أن الحلزون ألفا 1 في lepa2 مُقسّم بواسطة منطقة قصيرة غير منتظمة، وبالتالي قد يكون له ألفة أضعف. مع ذلك، ونظرًا لأن هذا نموذج مُتوقع قائم على قناع بنية بروتين LEP البشري، فإن أهمية هذه التعديلات التكوينية المُفترضة لا تزال بحاجة إلى اختبار.

تُعزى أهمية البنية الثلاثية المحفوظة لبروتين الليبتين (Lep) على الأرجح إلى متطلبات الألفة النوعية لارتباطه بمستقبل الليبتين (LepR)، وهي مُقيدة ببنية جيب ارتباط المستقبل. ^{[ 4 ]} قد يُفسر هذا أيضًا بعض نتائج الدراسات التي أُجريت على الأسماك العظمية باستخدام بروتين الليبتين المُستخلص من الثدييات. على سبيل المثال، أدى العلاج بهرمون الثدييات إلى فقدان الشهية في سمك الزينة الذهبي ( Carassius auratus ) ^{[ 21 ] [ 22 ]} وسمك الشمس الأخضر ( Lepomis cyanellus ) ^{[ 23 ]} ، ولكن ليس في سمك السلمون الفضي ( Oncorhynchus kisutch ) ^{[ 24 ]} ، أو سمك السلور القنواتي ( Ictalurus punctatus ) ^{[ 25 ]} ، أو سمك الشمس الأخضر ^{[ 26 ]} . وقد فُسرت هذه النتائج المتناقضة بالاختلافات الكبيرة نسبيًا في تسلسل الأحماض الأمينية بين الثدييات والأسماك. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 10 ]}

اكتشف رونستاد وزملاؤه ^{[ 6 ]} مؤخرًا خمسة أشكال متماثلة من مستقبل اللبتين ( lepr ) تختلف في الطرف 3' من تسلسل الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA ). من بين هذه الأشكال، احتفظ الشكل الأطول فقط بجميع المجالات المهمة وظيفيًا (مثل ثلاثة مجالات من نوع الفيبرونيكتين III ، ومجال يشبه Ig C2 ، وزوج من أنماط WSXWS، وصندوقي نمط ربط JAK2 ، ومجال ربط STAT )، ^{[ 6 ]} بينما تحتوي الأشكال الأربعة الأخرى على المنطقة داخل الخلوية فقط. يؤدي الشكل الطويل من مستقبل اللبتين في الثدييات وظيفة نقل الإشارة الكاملة عبر مسارات JAK/STAT، في حين تُظهر الأشكال الأقصر قدرات إشارة جزئية أو معدومة. ^{[ 27 ] [ 28 ]} وقد ثبتت الأهمية البيولوجية للشكل الطويل من مستقبل اللبتين عبر مسار JAK/STAT في الحفاظ على وزن الجسم وتوازن الطاقة. ^{[ 29 ]} وقد حددت الدراسات السابقة في الأسماك العظمية شكلًا واحدًا فقط من مستقبل اللبتين . ^{[ 11 ] [ 15 ] [ 30 ]} يُعدّ رونستاد وآخرون ^{[ 6 ]} أول من أبلغ عن وجود نسخ متعددة من جين LepR في أي نوع من ذوات الدم البارد. عند النظر إلى النمط المتاح لجين lepr ، يشير النموذج إلى أنه سيرتبط بسهولة بـ lepa1 وليس lepa2 (الشكل 2). علاوة على ذلك، فإن التعبير الواسع النطاق نسبيًا لجين lepr في أنسجة السلمون يدعم أدوارًا متنوعة لجين lep في الأسماك العظمية. ^{[ 6 ]}

أشارت دراسة أجريت على سمكة التورافوغو ^{[ 5 ]} إلى أن جين lep يُعبَّر عنه بشكل رئيسي في الكبد، على عكس إفرازه في الأنسجة الدهنية لدى الثدييات. ^{[ 31 ] [ 32 ]} ومع ذلك، أظهرت دراسات حديثة أن جين lep يُعبَّر عنه في العديد من الأنسجة الطرفية، بما في ذلك الأمعاء والكلى والمبيض والعضلات والأنسجة الدهنية. ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 11 ]} يشير تعدد جينات lep وانخفاض معدل حفظها في الأسماك العظمية ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} إلى أن أدوارها الفسيولوجية قد تكون أكثر تنوعًا مما هو مُبلغ عنه في الثدييات.

يختلف نمط التعبير النسيجي لنظائر جين lep في سمك السلمون الأطلسي اختلافًا كبيرًا (الشكل 3) ^{[ 6 ]} ، مما يشير إلى اختلاف محتمل في الوظيفة. وباستثناء النتائج المعروضة هنا، وتلك الخاصة بسمك الزيبرا وسمك الميداكا الياباني ^{[ 6 ] [ 11 ] [ 12 ]،} فقد تناولت دراسات قليلة التوزيع النسيجي الواسع لجين lep في الأسماك العظمية. أظهرت جينات lep الأقل قرابة ( lepa و lepb ) اختلافات واضحة في التوزيع النسيجي، كما هو موضح في سمك الميداكا على سبيل المثال، حيث يُعبر عن lepa في الكبد والعضلات، بينما يُعبر عن lepb بشكل أكبر في الدماغ والعين. ومع ذلك، تُلاحظ هذه الاختلافات أيضًا في نظائر lep الأكثر قرابة ، مثل lepa1 في سمك السلمون الأطلسي، حيث يُعبر عنه بشكل أكبر في الدماغ والكبد والعضلات البيضاء، بينما يُعبر عن lepa2 بشكل رئيسي في المعدة والأمعاء الوسطى (الشكل 3).

لوحظ أن تقييد التغذية طويل الأمد لا يؤثر بشكل ملحوظ على التعبير الجيني لـ lep في سمك السلمون الأطلسي ^{[ 6 ]،} وقد لوحظ ذلك أيضًا في أنواع أخرى من الأسماك العظمية. مع ذلك، من المرجح أن يؤثر تقييد التغذية لفترات طويلة على العديد من المؤشرات الهرمونية للتكيف مع الحالة التغذوية. على سبيل المثال، في سمك الشبوط الشائع، لوحظ استجابة سريعة في التعبير الجيني لـ ob في أنسجة الكبد بعد التغذية مباشرة، ولكن لم تُلاحظ أي تغييرات في التعبير الجيني استجابةً لأنظمة التغذية المختلفة طويلة الأمد. ^{[ 10 ]} اقترح هؤلاء الباحثون أن هذا التأثير يمكن تفسيره بحقيقة أن الأسماك الجائعة لا تفقد وزنها بالسرعة نفسها التي تفقدها الثدييات، نتيجة لكونها من ذوات الدم البارد ولديها معدل أيض قياسي أقل بكثير، وبالتالي يمكنها تحمل فترات أطول من الجوع. أظهرت دراسة مماثلة على سمك الشبوط العشبي أن الحقن المزمن لـ Lep الخاص بالنوع لم يؤثر على تناول الطعام على المدى الطويل أو وزن الجسم، بينما أدى الحقن الحاد إلى انخفاض تناول الطعام. ^{[ 9 ]} في المقابل، لاحظ موراشيتا وآخرون (نتائج غير منشورة) ارتفاع مستويات البروأوبيوميلانوكورتين ألفا 1 ( pomca1 ) بعد الحقن المزمن لليبتين في سمك السلمون الأطلسي، مما يشير إلى أن التعرض المزمن لمستويات مرتفعة من الليبتين قد يقلل من تناول الطعام عبر مسار Pomc في هذا النوع. لم تُلاحظ دراسات حديثة على سمك السلمون الأطلسي أي اختلاف في مستويات الليبتين في بلازما الدم نتيجة تقييد التغذية، ^{[ 18 ]} وهو ما يتناقض مع نتائج حديثة على سمك السلمون المرقط ^{[ 33 ]} ، ويشير إلى أن العلاقة بين مستويات الليبتين في بلازما الدم وحالة الطاقة تختلف عن تلك الموجودة في الثدييات. مع ذلك، يبدو أن تقنية المقايسة المناعية الإشعاعية (RIA) في سمك السلمون تسمح بتقييم مستويات الليبتين في بلازما الدم بين الأنواع المختلفة. ^{[ 33 ]} وهذا يؤكد فقط على الحاجة إلى دراسات أكثر شمولاً لتفسير البيانات بشكل قاطع. كما أشارت دراسات على سمك السلمون المرقط إلى أن الليبتين يعمل كهرمون مثبط للشهية كما هو الحال في الثدييات. أدى حقن سمك السلمون المرقط بليبتين السلمون المرقط المُعاد تركيبه ( rt-leptin ) إلى انخفاض ملحوظ في الشهية على مدى يومين، تزامن مع انخفاض في التعبير الجيني لـ npy في منطقة ما تحت المهاد وزيادة في التعبير الجيني لـ pomc ، على التوالي. ^{[ 7 ]} ولا يُعرف ما إذا كانت هذه الملاحظات ناتجة عن اختلافات خاصة بالأنواع في تنظيم الليبتين للشهية أو النمو على المدى الطويل، إلا أن البيانات المتفق عليها تشير إلى أن تأثيرات الليبتين على تنظيم الشهية قد تكون قصيرة الأجل في الأسماك العظمية.

كشفت دراسات حديثة حول التأثيرات قصيرة المدى لتناول الطعام أو عدم تناوله ^{[ 18 ]} أن تعبير جين lepa1 يبلغ ذروته تحديدًا في الأنسجة الطرفية بعد 6-9 ساعات لدى الأسماك غير المُغذّاة. يشير هذا إلى أن استجابة هذا التعبير الجيني قد تكون مرتبطة بعدم تناول الطعام. في المقابل، بما أن الأسماك غير المُغذّاة لم تتناول الطعام لمدة 33 ساعة (24 + 9 ساعات)، فقد تمثل هذه الذروة تأثيرًا غير ذي صلة. حدثت كل ذروة لتعبير جين lepa1 خلال مرحلة انخفاض مستوى الليبتين في البلازما، وبما أن هذا حدث في كل من الأسماك المُغذّاة وغير المُغذّاة، فإن الارتفاع المؤقت في تعبير جين lepa1 لا يبدو في الواقع مرتبطًا تحديدًا بعدم تناول الطعام.

لوحظت ذروة مبكرة لهرمون اللبتين 1 (lepa1) في العضلات البيضاء، التي تُمثل مخزونًا هامًا للدهون في سمك السلمون الأطلسي. ^{[ 34 ]} وعلى عكس سمكة البخاخ، التي تستخدم الكبد كمخزن رئيسي للدهون، ^{[ 5 ]} يُظهر سمك السلمون الأطلسي أنه على الرغم من ارتفاع محتوى الدهون الحشوية، فإن خلايا الكبد تحتوي على عدد قليل من قطرات الدهون مقارنةً بأنواع الأسماك الأخرى، ^{[ 35 ]} ومع ذلك فهي موقع مهم للتعبير عن هرمون اللبتين. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 10 ] [ 12 ] [ 18 ]} أفاد موين وزملاؤه ^{[ 18 ]} أن كلاً من هرمون اللبتين 1 (lepa1) وهرمون اللبتين 2 (lepa2) بلغا ذروتهما عند 9 ساعات في كبد الأسماك غير المُغذّاة. في المقابل، أظهرت الدراسات التي أُجريت على سمك الشبوط الشائع ذروة في هرمون اللبتين 1 ( lepa1 ) وهرمون اللبتين 2 ( lepa2 ) في الكبد عند 3 و6 ساعات بعد التغذية على التوالي. ^{[ 10 ]} من المرجح أن استجابة التعبير المبكر للليبتينات في الكارب الشائع تعكس ارتفاع درجة الحرارة التي أُجريت فيها التجارب، لكنها تتناقض مع نتائج زيادة تنظيم جين lepa1 نتيجةً لغياب الغذاء. ^{[ 18 ]} وبالمثل، أُبلغ عن زيادة في التعبير عن الليبتين الكبدي بعد تناول الطعام في الفئران. ^{[ 36 ]} مع ذلك، في الكارب العشبي، لا يؤثر الحقن داخل الصفاق للليبتين المُعاد تركيبه إلا على الشهية في اليوم الأول، ولا يؤثر على تناول الطعام خلال الأيام الـ 12 اللاحقة. ^{[ 16 ]} في الوقت الحالي، تختلف البيانات الخاصة بسمك السلمون الأطلسي اختلافًا كبيرًا، وتشير إلى أن التعبير عن الليبتين في هذا النوع قد يكون له وظيفة معقدة في تنظيم الدهون.