قناة ذات مسامين

قنوات المسام الثنائية (TPCs) هي قنوات أيونية انتقائية للأيونات الموجبة داخل الخلايا حقيقية النواة ، وتُفعَّل بالجهد الكهربائي والربيطة . [ 1 ] يوجد نظيران معروفان في الجينوم البشري، هما TPC1s وTPC2s. [ 2 ] في البشر، تُعدّ TPC1s انتقائية للصوديوم، بينما تنقل TPC2s أيونات الصوديوم والكالسيوم، وربما أيونات الهيدروجين. أما قنوات TPC1s في النباتات فهي قنوات غير انتقائية. يُلاحظ وجود قنوات TPCs في كل من فجوات العصارة النباتية والعضيات الحمضية الحيوانية . [ 3 ] تتكون هذه العضيات من الإندوسومات والليزوزومات . [ 3 ] تتكون قنوات TPCs من وحدتين فرعيتين غير متكافئتين عبر الغشاء ، تشبهان شاكر ، وتُشكلان مسامًا، وتتحدان لتكوين شبه رباعيات . تبدو شبه الرباعيات مشابهة جدًا للرباعيات، لكنها ليست متطابقة تمامًا. [ 1 ] [ 3 ] تشمل بعض الأدوار الرئيسية للبروتينات الناقلة للكالسيوم (TPCs) الاستجابات المعتمدة على الكالسيوم في انقباض العضلات، وإفراز الهرمونات، والإخصاب، والتمايز. وتشمل الاضطرابات المرتبطة بهذه البروتينات نقل الغشاء ، ومرض باركنسون ، والإيبولا ، والكبد الدهني . [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

كما يوحي اسمها، تمتلك قنوات TPC مسامتين، وقد سُميت بهذا الاسم نسبةً إلى تكراراتها الشبيهة بـ Shaker، والتي تحتوي كل منها على نطاق مسامي. [ 1 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] وهذا يختلف عن قنوات البوتاسيوم ذات النطاقين المساميين ، والتي تحتوي على مسام واحدة فقط ، وقد سُميت بهذا الاسم لأن كل وحدة فرعية منها تحتوي على نطاقين P (مساميين) في تسلسلها الأولي. [ 12 ] [ 13 ]

التاريخ والاكتشاف

على الرغم من أن الكثير لا يزال مجهولاً حول وظيفة قنوات TPC، إلا أنها خضعت لدراسات مستفيضة حتى الآن. وقد أثيرت تساؤلات عديدة حول الوظيفة المحددة لهذه القنوات، بالإضافة إلى الأيونات والجزيئات التي يبدو أنها ترتبط بها ارتباطًا وثيقًا. ومن هذه الأيونات الصوديوم والكالسيوم و NAADP . وتستند المعرفة الحالية بقنوات TPC إلى تجارب أُجريت على الفئران والنباتات، وخاصة نبات رشاد أذن الفأر (Arabidopsis thaliana) . [ 14 ] إضافةً إلى ذلك، ونظرًا لتمركز هذه القنوات في الثدييات، يصعب استخدام التسجيلات الفيزيولوجية الكهربائية عليها. لذلك، يجب التعبير عن هذه القنوات في حُجيرات أو عضيات خلوية بديلة، مثل فجوات النبات، لدراستها باستخدام الطرق الفيزيولوجية الكهربائية، وخاصة تقنية التثبيت الموضعي . ولتصوير فجوات النبات بوضوح، اعتمد العلماء على المجهر الفلوري في تجاربهم. وباستخدام هذه التقنيات، تمكن العلماء من جمع بيانات نوعية مهمة للتوصل إلى استنتاجات حول وظائف قنوات TPC في الثدييات. على وجه التحديد، تمكن العلماء من استنتاج أن قنوات TPC البشرية هي في الغالب قنوات صوديوم تعتمد على الجهد، وأن PI(3,5)P2، وهو فوسفاتيديل إينوزيتول (PIP) خاص بالجسيمات الحالة، هو منشط مباشر لقنوات TPC، بينما NAADP ليس منشطًا كما كان يُعتقد سابقًا. [ 15 ]

البنية والمجالات

عند مدخل مسام TPC، توجد أربعة أحماض أمينية سالبة الشحنة تتفاعل مع الأيونات المارة. هذا الموقع واسع جدًا بحيث لا يسمح بانتقاء الأيونات. أسفل مجموعة الشحنات السالبة يوجد مرشح الانتقائية، وهو كاره للماء في معظمه. تتكون المسام من وحدتين فرعيتين غير متطابقتين تشبهان مسام شاكر. تتكون الوحدة الفرعية الأولى من نطاق استشعار الجهد 1 (VSD1)، بينما تتكون الوحدة الفرعية الثانية من نطاق استشعار الجهد 2 (VSD2). يفصل بين نطاقي الوحدتين الفرعيتين نطاق EF-hand الذي يحتوي على وحدة ربط أيونات الكالسيوم. تُسهّل هذه الوحدة تنشيط القناة بواسطة أيونات الكالسيوم السيتوبلازمية. تتكون كل وحدة فرعية من 12 حلزونًا عبر الغشاء. يتكون نطاقا المسام المركزيان من نطاقي استشعار الجهد VSD1 وVSD2. يمتد كل من النطاق الطرفي الأميني (NTD) والنطاق الطرفي الكربوكسيلي (CTD) إلى الجانب السيتوبلازمي، بالإضافة إلى نطاق EF-hand في المركز الذي يمتد إلى داخل السيتوبلازم. يمتد نطاق EF-hand إلى داخل السيتوبلازم، ويقع بين نطاقي VSD1 وVSD2، حيث يمكن تنشيطه بواسطة الكالسيوم السيتوبلازمي. نطاق VSD2 نشط حساس للجهد ويمكن تثبيطه بواسطة الكالسيوم في تجويف المسام. هذا تغيير في التكوين من حالة التنشيط إلى الحالة غير النشطة. حلقتان من البقايا الكارهة للماء تغلقان تجويف المسام عن السيتوبلازم؛ مما يؤدي إلى تكوين بوابة المسام. تعمل مستشعرات الجهد، ومرشح الانتقائية، والبوابة معًا بطريقة منسقة لفتح وإغلاق قنوات TPC لتنظيم توصيل الأيونات. [ 1 ]

رسم توضيحي لقناة المسام الثنائية 2 (TPC2). تتكون القناة من نطاقين، مُشار إليهما بالحرفين I وII. يوجد مسام في كل نطاق، كما هو موضح بالحرف P. مقتبس من الصورة في: Grimm, C. et al. “Role OF TRPML And Two-Pore Channels In Endolysosomal Cation Homeostasis”. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics 342.2 (2012): 236–244. (متاح على الإنترنت).

يحتوي نطاق VSD2 على وحدة استشعار جهد طبيعية، وهي بقايا الأرجينين R1 وR2 وR3، بالإضافة إلى اللولب ألفا S10، [ 16 ] مقارنةً ببنى قنوات الأيونات الأخرى ذات البوابات الفولتية، إلا أن هذا النطاق يتخذ هيئةً مميزةً في حالة الراحة لمستشعر الجهد. يعمل الكالسيوم الموجود في تجويف القناة كمثبط لـ TPC1، مانعًا توصيل الأيونات. يوجد موقعان لربط الكالسيوم بـ VSD2 على الجانب التجوي. الموقع الأول لا يؤثر على القناة. أما الموقع الثاني، المكون من بقايا في VSD2 ونطاق المسام، فيثبط القناة عن طريق تحويل اعتماد الجهد إلى جهود أكثر إيجابية. [ 1 ]

يُحفز تنشيط قنوات TPC بانخفاض جهد الغشاء، أو بزيادة تركيز الكالسيوم في السيتوسول. وقد يؤدي انخفاض الرقم الهيدروجيني لتجويف القناة وانخفاض تركيز الكالسيوم إلى تثبيط هذه القنوات. تُعد قنوات TPC أيضًا قنوات مُفَسْفَرة في كل من الحيوانات والنباتات. تقع مواقع الفسفرة في نطاقي النهاية الأمينية والنهاية الكربوكسيلية. وتُوضع هذه النهايات لتوفير تغيير ألوستيري يسمح بتنشيطها بواسطة الكالسيوم من السيتوسول. [ 1 ]

تتميز قنوات TPC البشرية والنباتية بتعدد أنماط التوصيل. ومن المرجح أن آلية فتح القناة تُعزى إلى مزيج من تركيزات الكالسيوم والجهد الكهربائي وتكامل تنظيم الفسفرة، وذلك للتحكم في توصيل الأيونات عبر قنوات TPC. [ 1 ]

الأدوار البيولوجية (الوظيفة/الخلل الوظيفي)

تم تحليل قنوات المسام الثنائية باستخدام أساليب بيولوجية خلوية، وتقنيات التثبيت الموضعي للجسيمات الحالة ، ومجموعة متنوعة من الأساليب الأخرى لدراسة وظائفها. وقد أشارت هذه النتائج إلى أن قنوات المسام الثنائية لها دور في تنظيم درجة الحموضة داخل الحويصلات الحالة. فعند انخفاض مستوى التعبير عن جين TPC2 أو تعطيله، يرتفع إنتاج الميلانين، وبالتالي ترتفع درجة حموضة الجسيمات الميلانينية، بينما عند زيادة مستوى التعبير عن جين TPC2، ينخفض ​​إنتاج الميلانين. [ 17 ]

تشارك بروتينات TPC أيضًا في الكشف عن العناصر الغذائية، إذ تُصبح نشطة باستمرار عند تحديد حالة هذه العناصر. ويتم ذلك من خلال التواصل المباشر بين بروتينات TPC ومستهدفات mTOR (الأهداف الميكانيكية للراباميسين في الثدييات)، المرتبطة بالكشف عن مستويات الأكسجين والعناصر الغذائية والطاقة في الخلايا، وبالتالي تُساعد في تنظيم عملية الأيض. هكذا تُؤدي بروتينات TPC دورها في هذا التنظيم الفيزيولوجي من خلال هذا التفاعل. [ 17 ]

تنظم قنوات TPC توصيل أيونات الصوديوم والكالسيوم، ودرجة الحموضة داخل الأوعية الدموية، واستثارة النقل الخلوي. وقد ثبت أن الرسول الثانوي، نيكوتينيك أسيد أدينين ثنائي النوكليوتيد فوسفات ( NAADP )، يتوسط إطلاق الكالسيوم من هذه العضيات الحمضية عبر قنوات TPC. [ 3 ] [ 18 ] تُعد قنوات TPC2 قنوات لإطلاق الكالسيوم تُفعَّل بواسطة NAADP، حيث يمكن حجب تيارات TPC هذه بواسطة مضادات NAADP. [ 18 ] يلعب TCP2 دورًا حاسمًا في عملية البلعمة الخلوية، مما يسمح لفيروس SARS-CoV-2 بدخول الخلايا. [ 19 ]

قد تنجم أمراض متنوعة عن تعطل هذه القنوات، بدءًا من الأمراض الأيضية والمعدية العامة وصولًا إلى السرطان. وسيتم تناول الحالات المرضية الناتجة عن هذا النقص في قنوات TPC في الأقسام التالية. [ 17 ]

تهريب الأغشية

تؤدي قنوات نقل الأغشية (TPCs) دورًا أساسيًا في مسارات نقل الأغشية . تتواجد هذه القنوات في الإندوسومات والليزوزومات ، وتؤدي دورًا هامًا في اندماج الإندوسومات مع الليزوزومات. لوحظ أن نشاط نقل الأغشية عبر قنوات TPCs محفوظ، ولكن تعديلها يؤثر على النقل في مسار الإدخال الخلوي . تختلف الأدوار الدقيقة لقنوات TPCs باختلاف نوع الخلية وسياقها. هذه القنوات نفاذة للكالسيوم، مما يجعلها تعمل كقنوات لأيونات الكالسيوم (Ca2+). عند تحفيزها بواسطة NAADP - وهو رسول ثانٍ لقنوات TPCs -، يُطلق الكالسيوم في السيتوسول. يُنظم تدفق الكالسيوم عملية اندماج الإندوسوم مع الليزوزومات، وهو ما يُسهّل عمليات النقل. عند فقدان وظيفة قنوات TPCs، تتراكم المواد المتفاعلة مُسببةً ازدحامًا. عند زيادة وظيفة قنوات TPCs، يتضخم الليزوزوم، وهو ما يرتبط منطقيًا بزيادة عمليات اندماج الإندوسوم مع الليزوزوم. [ 4 ]

مرض باركنسون

يؤدي خلل نقل الغشاء إلى الإصابة بمرض باركنسون . تُغير الطفرات في إنزيم LRRK2 عملية الالتهام الذاتي المعتمدة على NAADP وTPC2. تزيد هذه الطفرة من تدفق أيونات الكالسيوم (Ca2+) عبر TPC2 بفعل الإشارات المُستحثة بواسطة NAADP. يؤدي هذا الارتفاع في الإشارات إلى زيادة حجم الليزوزومات نتيجةً لزيادة معدل وكمية اندماجها. وبالتالي، لا يستطيع الليزوزوم تحليل المكونات بالطريقة الصحيحة. يرتبط هذا العجز بظهور المرض. ونظرًا للدور الحيوي الذي يلعبه TPC2 في هذه الآلية المحددة لتطور مرض باركنسون، فإنه قد يُصبح هدفًا علاجيًا محتملاً. [ 4 ]

إيبولا

يستغل فيروس إيبولا آلية نقل الغشاء الخلوي عبر الإدخال الخلوي، مما يجعل قنوات TPC هدفًا دوائيًا محتملاً. يدخل فيروس إيبولا الخلايا عبر عملية البلعمة الدقيقة مع الحويصلات الإندوسومية. بعد دخوله الحويصلة الإندوسومية، يندمج غشاء فيروس إيبولا مع غشاء الإندوسوم لإطلاق محتوياته في السيتوسول قبل أن يندمج الإندوسوم مع الليزوزوم. يتطلب انتقال الفيروس داخل الإندوسومات وجود أيونات الكالسيوم (Ca2+). وبما أن NAADP ينظم نضج الإندوسومات عبر إطلاق الكالسيوم من خلال قنوات TPC، فإن الأداء الطبيعي لهذه القنوات يسمح لفيروس إيبولا بالهروب. لذلك، عندما لا تعمل قنوات TPC، لا يستطيع فيروس إيبولا الهروب قبل اندماج الإندوسوم مع الليزوزوم. في الواقع، عند معالجة الفئران بالتترادين، يتم تثبيط العدوى. وذلك لأن التترادين يمنع وظيفة TPC في إطلاق الكالسيوم، وبالتالي، فإن فيروسات الإيبولا تبقى محصورة داخل الشبكة الإندوسومية، ومُعدّة للتحلل بواسطة الليزوزوم. [ 5 ] [ 6 ]

الكبد الدهني

لُوحظ تورط قنوات TPC في أمراض الكبد الدهنية، مثل مرض الكبد الدهني غير الكحولي (NAFLD ) والتهاب الكبد الدهني غير الكحولي (NASH ). وبما أن TPC2 قناة كاتيونية لنقل الغشاء الخلوي، فإن قنوات TPC تُساهم في نقل جزيئات البروتين الدهني منخفض الكثافة (LDL ) لتفكيكها وإعادة تدويرها. ويحدث هذا بشكل أساسي داخل الكبد. يؤدي مسار التفكيك إلى تراكم LDL في الجسيمات الداخلية والجسيمات الحالة - حيث تتواجد قنوات TPC. وتسمح آلية TPC مرة أخرى بتدفق الكالسيوم لدمج الجسيمات الداخلية والجسيمات الحالة (حيث يتم تفكيك LDL). عندما لا تكون قنوات TPC موجودة، أو لا تعمل بشكل صحيح، يؤدي مسار التفكيك إلى خلل في النقل. وبدون عملية الدمج، يتراكم LDL في خلايا الكبد. وقد وُجد أن فقدان قنوات TPC هو سبب اصفرار الكبد، وهو أحد أعراض الكبد الدهني الذي يُشير إلى تلف الكبد. [ 7 ]

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 6 7 كينتزر إيه إف، ستراود آر إم (مارس 2016). "بنية وتثبيط وتنظيم قناة TPC1 ثنائية المسام من نبات رشاد أذن الفأر" . مجلة نيتشر . 531 (7593): 258-262 . Bibcode : 2016Natur.531..258K . doi : 10.1038/nature17194 . PMC 4863712. PMID 26961658. بخلاف قنوات الكالسيوم والصوديوم التي تتكون من أربعة تكرارات جزيئية داخلية، تشكل معًا مسام القناة الرباعية، احتوت القناة الجديدة على تكرارين فقط من نوع شاكر، كل منهما مزود بنطاق مسامي واحد. وبسبب هذه البنية غير المألوفة، سُميت هذه القناة، الموجودة في الحيوانات والنباتات على حد سواء، قناة المسام الثنائية 1 (TPC1).  
  2. يو إف إتش، كاتيرال دبليو إيه (أكتوبر 2004). "مجموعة بروتينات VGL: عائلة فائقة من البروتينات متخصصة في الإشارات الكهربائية والتوازن الأيوني". مجلة ساينس STKE . 2004 (253) re15. doi : 10.1126/stke.2532004re15 . PMID 15467096. S2CID 19506706 .  
  3. 1 2 3 4 باتيل إس (يوليو 2015). "وظيفة واختلال قنوات المسام الثنائية". ساينس سيغنالينغ . 8 (384): re7. doi : 10.1126/scisignal.aab3314 . PMID 26152696. S2CID 27822899 .  
  4. 1 2 3 مارشانت جيه إس، باتيل إس (يونيو 2015). " قنوات ثنائية المسام عند تقاطع حركة غشاء الإندوليسوزوم" . معاملات الجمعية الكيميائية الحيوية . 43 (3): 434-441 . doi : 10.1042/BST20140303 . PMC 4730950. PMID 26009187 .  
  5. 1 2 Falasca L، Agrati C، Petrosillo N، Di Caro A، Capobianchi MR، Ippolito G، Piacentini M (أغسطس 2015). "الآليات الجزيئية لإمراض فيروس الإيبولا: التركيز على موت الخلايا" . موت الخلايا وتمايزها . 22 (8): 1250– 9. دوى : 10.1038/cdd.2015.67 . بمك 4495366 . بميد 26024394 .  
  6. 1 2 ساكوراي واي، كولوكولتسوف إيه إيه، تشين سي سي، تيدويل إم دبليو، باوتا دبليو إي، كلوغباور إن، غريم سي، وال-شوت سي، بيل إم، ديفي آر إيه (فبراير 2015). "فيروس إيبولا. قنوات ثنائية المسام تتحكم في دخول فيروس إيبولا إلى الخلية المضيفة وتُعد أهدافًا دوائية لعلاج المرض" . مجلة ساينس . 347 (6225): 995-998 . doi : 10.1126/science.1258758 . PMC 4550587. PMID 25722412 .  
  7. 1 2 غريم سي، هولت إل إم، تشين سي سي، حسن إس، مولر سي، يورس إس، كوني إتش، كيسينغ إس، شرودر بي، بوتز إي، نورثوف بي، كاستونغواي جيه، لوبر سي إيه، موزر إم، سبان إس، لولمان-راوخ آر، فيندل سي، كلوغباور إن، غريسبك أو، هاس إيه، مان إم، براشر إف، تيوبسر دي، سافتيغ بي، بيل إم، وال-شوت سي (أغسطس 2014). "ارتفاع قابلية الإصابة بمرض الكبد الدهني لدى الفئران التي تعاني من نقص في قناة المسام الثنائية 2". نيتشر كوميونيكيشنز . 5 (2): 4699. Bibcode : 2014NatCo...5.4699G . CiteSeerX 10.1.1.659.8695 . doi : 10.1038/ ncomms5699 . PMID 25144390. S2CID 9153781 .   
  8. سبالدينغ إي بي، هاربر جيه إف (ديسمبر 2011). "خبايا نقل الكالسيوم الخلوي" . الرأي الحالي في بيولوجيا النبات . 14 (6): 715-20 . doi : 10.1016/j.pbi.2011.08.001 . PMC 3230696. PMID 21865080. يُعدّ TPC1 أفضل مرشح لقناة إطلاق الكالسيوم في الفجوة العصارية، وهو نظير لقناة الكالسيوم ذات البوابة الفولتية في الثدييات ، والتي تحتوي على مسامّين واثني عشر امتدادًا غشائيًا.  
  9. براون بي إم، نغوين إتش إم، وولف إتش (30 يناير 2019). " التطورات الحديثة في فهمنا لبنية ووظيفة قنوات الكاتيونات غير المألوفة" . F1000Research . 8 : 123. doi : 10.12688/f1000research.17163.1 . PMC 6354322. PMID 30755796. تُعد قنوات المسام الثنائية العضوية ( TPCs) نوعًا مثيرًا للاهتمام من القنوات، وكما يوحي الاسم، فهي تحتوي على مسامين.  
  10. جاميس إف، هو إتش سي، فيلييرز إف ، بوتن آر، كواك جيه إم (نوفمبر 2011). "قنوات نفاذية الكالسيوم في الخلايا النباتية" . مجلة FEBS . 278 (22): 4262-76 . doi : 10.1111/j.1742-4658.2011.08369.x . PMID 21955583. S2CID 205884593. تم التنبؤ بأن قناة أرابيدوبسيس ثنائية المسام (AtTPC1) تحتوي على 12 حلزونًا عبر الغشاء ومسامين (الخطوط الحمراء) .  
  11. روبرت هوبر (سبتمبر 2011). التوصيف الجزيئي لقنوات ثنائية المسام المُفعّلة بواسطة NAADP (ملف PDF) (أطروحة). يُعتقد أن قنوات TPC، بمساماتها الثنائية، تتحد لتكوين قناة وظيفية.
  12. "قنوات البوتاسيوم ذات المجالين P" . دليل علم الأدوية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28-05-2019 .
  13. رانج، إتش بي (2003). علم الأدوية ( الطبعة الثامنة). إدنبرة: تشرشل ليفينغستون. ص 59. ISBN   978-0-443-07145-4.
  14. لاغوستينا إل، فيستا إم، بوش إم، كاربانيتو إيه (مارس 2017). "قناة المسام الثنائية البشرية 1 تتأثر بالكالسيوم السيتوبلازمي والداخلي" . التقارير العلمية . 7 43900. Bibcode : 2017NatSR...743900L . doi : 10.1038/srep43900 . PMC 5333365. PMID 28252105 .  
  15. وانغ إكس، تشانغ إكس، دونغ إكس بي، سامي إم، لي إكس، تشنغ إكس، غوشكا إيه، شين دي، تشو واي، هارلو جيه، تشو إم إكس، كلافام دي إي، رين دي، شو إتش (أكتوبر 2012). "بروتينات TPC هي قنوات أيونية انتقائية للصوديوم يتم تنشيطها بواسطة الفوسفاتيديل إينوزيتول في الإندوسومات والليزوزومات" . مجلة Cell . 151 (2): 372-383 . doi : 10.1016/j.cell.2012.08.036 . PMC 3475186. PMID 23063126 .  
  16. فارغاس إي، بيزانيلا إف، روكس بي (ديسمبر 2011). "بحثًا عن نموذج توافقي لحالة الراحة لنطاق استشعار الجهد" . نيرون . 72 ( 5): 713-20 . doi : 10.1016/j.neuron.2011.09.024 . PMC 3268064. PMID 22153369 .  
  17. 1 2 3 غريم سي، تشين سي سي، وال-شوت سي، بيل إم (2017-01-01). "قنوات ثنائية المسام: محفزات النقل والوظيفة في الإندوليسوزوم" . فرونتيرز إن فارماكولوجي . 8 : 45. doi : 10.3389/fphar.2017.00045 . PMC 5293812. PMID 28223936 .  
  18. 1 2 جاليون أ (يناير 2011). " مستقبلات NAADP" . وجهات نظر كولد سبرينغ هاربور في علم الأحياء . 3 (1) a004036. doi : 10.1101/cshperspect.a004036 . PMC 3003455. PMID 21047915 .  
  19. جين إكس، تشانغ واي، الحربي إيه، بارينغتون جيه (2020). "استهداف قنوات المسام الثنائية: التقدم الحالي والتحديات المستقبلية" . اتجاهات في العلوم الدوائية . 41 (8): 582-594 . doi : 10.1016/j.tips.2020.06.002 . PMC 7365084. PMID 32679067 .