بروتينات (كينازات)

-

البروتينات (كينازات-)

عبد الباسط المسلم

دور إنزيمات الكيناز
جينات كينازات البروتينات
بنية الكينازات
أنواع الكينازات
الجوانب الطبية للكينازات والفسفاتاز

تنتمي كينازات البروتينات protein kinases إلى مجموعة من الإنزيمات تقوم بوظائف متنوعة في الخلية؛ إذ تعمل على تعديل جزيئات أو بروتينات مختلفة، بإضافة مجموعة فسفات إليها بعملية تسمى الفسفرة phosphorylation، تُنْجَز بنقل مجموعة فسفات من الأدينوزين ثلاثي الفسفات ATP (أو الغوانوزين ثلاثي الفسفات GTP) وضمِّها إلى حمض أميني محدد يحمل مجموعةَ هِدروكسيل وظيفية حرة في بروتين محدد، كما تشير المعادلة (1):

ينجم عن ذلك تبدلات وظيفية في البروتين المُفَسفَر، تتجلى بتغيير فعالية الإنزيمٍ أو البروتين الهدف، سواء كان ذلك تنشيطاً أم تثبيطاً، أو بتغيير موقع البروتين في الخلية، أو بالارتباط ببروتين محدد يتم من خلاله نقل إشارةٍ signal إلى سلسلة متتابعة من نواقل الإشارة البروتينية، وتنتهي غالباً عند مستوى تعبير المورثة (الجين) gene expression. كما يمكن أن يحدث تحولٌ سرطانيٌّ خبيث malignant transformation من خلال فسفرة بروتينات طافرة، تؤدي دوراً وظيفياً غير منضبط في انقسام الخلية، مثل ابيضاض نِقّي العظام المزمن (chronic myelogenous leukemia (CML.

يُسمى الكيناز نسبة إلى المادة التي يفسفرها، هناك مثلاً الهِكسوكيناز hexokinase الذي يفسفر السكريات السداسية، وكيناز البروتين الذي يفسفر بروتينات خلوية، وكيناز الفسفوريلاز phosphorylase kinase الذي يَستخدم الأدينوزين ثلاثي الفسفات (Adenosine Triphosphate (ATP لفسفرة إنزيم الفسفوريلاز. وإذا تمت فسفرة بروتين خلوي بإنزيم كيناز يجب نزع مجموعة الفسفات بوساطة إنزيم الفسفاتاز phosphatase بعملية الحلمهة hydrolysis، وإذا لم يجرِ نزعها يبقى البروتين بحالة ثابتة سواء كان منشَّطاً أم مثبَّطاً.

دور إنزيمات الكيناز:

تعمل غالبية إنزيمات الكيناز على فسفرة كل من الحمضين الأمينيين؛ السيرين serine والثريونين threonine (كينازات السيرين/ثريونين)، ويعمل بعضها الآخر على فسفرة الحمض الأميني التيروزين tyrosine (كينازات التيروزين)، وتعمل مجموعة أخرى على فسفرة الهيستيدين histidine (كينازات الهيستيدين).

وتُعد كينازات التيروزين والهيستيدين الأقل نشاطاً في الخلية (% 2)، في حين قُدِّرَتْ نسبةُ نشاط كينازات السيرين/ثريونين بـ 98 % في الخلية. إن الأدوار الوظيفية لكينازات التيروزين حيوية من أجل التنامي الخلوي الطبيعي في المراحل الأولى لتنامي الجنين البشري، وكذلك لاستدامة النشاط الخلوي الطبيعي، إذ توجد كينازات التيروزين بشكلين في الخلية: (1) كينازات غشائية membranous kinases منغرسة في غشاء الخلية، تعرف باسم المستقبِلات الكينازية التيروزينية، تَستَقبِل منبهاتٍ خارج خلوية، يقوم قسمها الموجود على الوجه الداخلي للغشاء بنقل إشارة المنبه إلى داخل الخلية، (2) كينازات تيروزينية بلاسمية cytosolic kinases، تستقبل إشارات داخل السيتوبلاسما وتنقلها، فتؤدي بذلك دورَ مُسْتَفْعِلاتٍ effectors خلوية استجابةً لنشاط مستقبِلات الكينازات التيروزينية. ويجب أن يُذْكَر أن تطفير جينات بروتينات هذه الكينازات مرتبطٌ بأمراض وراثية خطرة.

تُنَظِّم إنزيمات الكيناز والفسفاتاز جميع مظاهر النشاط الخلوي بدقة عالية، مثل تنظيم استقلاب السكريات والتعبير الجيني وانقسام الخلية والاستماتة الخلوية (الموت الخلوي المبرمج) apoptosis وتوليد الأضداد antibodies والتمايز والتنامي الجنيني. وقد لوحظ أن الدماغ البشري هو مركز غني لنشاطات الكينازات؛ لذا يُعَدُّ نشاطها فائق الدقة من حيث السرعة في الزمان والمكان في الخلية، ومن ثم يُنَظَّم نشاطها بطرائق متعددة:

1- التشغيل والإغلاق من خلال الفسفرة، وأحياناً بطريقة ذاتية.

2- الارتباط ببروتينات مُنَشِّطَة أو مُثَبِّطَة.

3- الارتباط بجزيئات صغيرة.

4- تغيير موقعها في الخلية بحسب مادة تفاعلها.

جينات كينازات البروتينات:

تُعَدُّ جينات كينازات البروتينات في المرتبة الثانية بعد جينات إنزيمات البروتياز proteases، من حيث العدد في المجين البشري human genome وتمثل 2% من إجمالي جينات الإنسان. وقد حُدِّدَت هوية 518 جيناً مُرَمِّزاً لكينازات البروتينات تؤدي أدواراً إنزيمية وغير إنزيمية، كمستقبلاتٍ receptors لمنبهات على سطح الخلية أو في البلاسما (الجدول 1)، وأُطْلِقَ عليها مصطلح كينوم kinome، وثبت أن طفرات في 218 منها تؤدي إلى أمراض بشرية مختلفة.

الجدول (1) أنواع كينازات البروتينات.

النوع العدد أمثلة كينازات - سيرين/ثريونين 428   * مستقبِلات (مستقبل له جزء خارج-خلوي متخصص بالارتباط بمرسالٍ أولي) 12 عامل النمو المحول بِتا (TGFβ) Transforming β Growth Factor بروتين كيناز منشط بالانقسام الخيطي Mitogen Activated Protein Kinases (MAPK) * غير مستقبِلات (ليس لها جزء خارج-خلوي، وتُنَظَّمُ بمرسالٍ ثانوي وبطريقة الفسفرة (الفسفتة) ونزع الفسفرة (الفسفتة). * وظيفة مزدوجة 369 47 كينازات معتمدة على السايكلين، بروتين كيناز-A، بروتين كيناز-C،(Proto Oncogene C – RAF) RAF كينازات - تيروزين 90   * مستقبِلات (مستقبل له جزء خارج-خلوي متخصص بالارتباط بمرسالٍ أولي) * غير مستقبِلات (ليس لها جزء خارج-خلوي، وتُنَظَّمُ بمرسالٍ ثانوي وبطريقة الفسفرة (الفسفتة) ونزع الفسفرة (الفسفتة). 58 32 مستقبِل الإنسولين Insulin Like Growth Factor (Src (Proto – oncogene C – Src), Abl (Proto – Oncngene 1

بنية الكينازات

تمتاز جميع كينازات البروتينات بكونها متشابهة في بنيتها الثلاثية الأبعاد وآلياتها الكيميائية، وقد صُنِّفَت في ثماني مجموعات اعتماداً على مقارنة البنية المتسلسلة لمجالاتها التحفيزية catalytic domains (جدول 2). ويعد المجال التحفيزي لإنزيمات الكينازات مصوناً على نحو فائق، وتتشارك معاً بتشابه بنية مقارِّها الفعَّالة active sites. تكون النهاية الأمينية منها غنية ببقايا الغليسين glycine بالقرب من الحمض الأميني الليزين lysine المسؤول عن ربط الـ ATP، ويشغل لب المقر الفعال حمض أسبارتيك aspartic acid، الذي ينفذ الدور التحفيزي.

جدول (2) تصنيف مجموعات الكينوم البشري.

الوصف الاسم مجموعات PKC, PKG, PKA AGC الكينازات المعتمدة على شوارد الكلسيوم والكالموديولين Ca2+/CAM-dependent PK CAMK كيناز الكازئين-1 Casein kinase-1 CKI CDK, MAPK, GSK3, CLK CMGC كينازات شبيهة بعقم الخميرة 7 و11 و20 و MAP Kinase STE بروتين كيناز التيروزين PTK بروتين كيناز الشبيه بالتيروزين PTKL مستقبل كيناز غوانيلات RGC

أنواع الكينازات:

يُمَيَّز في كينازات البروتينات:

1- كينازات السيرين/ثريونين: وهي كينازات تعمل على فسفرة ثُمالات الحمضين الأمينيين سيرين/ ثريونين، ويرتبط تنشيطها بوقوع أحداث نوعية في الخلية، مثل ضرر في المادة الوراثية (الدنا) DNA، أو وصول منبهات كيميائية مختلفة إلى الخلية، أو التحضير للدخول في الانقسام الخيطي (الفتيلي)، أو الإجهاد الناجم عن نقص الأكسجين. وتصنف هذه المجموعة بحسب موقعها في الخلية، يُذكر منها عامة خمسة أنواعٍ:

أ- بروتين كيناز A (Protein Kinase A (PKA: يوجد في سيتوبلاسما الخلية، ويعتمد تنشيطه على مرسال ثانوي هو الأدينوزين أحادي الفسفات الحلقي cAMP؛ لذلك يسمى أيضاً كيناز البروتين المعتمد على الأدينوزين أحادي الفسفات الحلقي cyclic adenosine monophosphate-dependent protein kinase (cAMP). لدى ارتباط أحد عوامل النمو أو بعض الهرمونات (التي تمثل المرسال الأولي) بمُسْتَقْبِلٍ عبر غشائي transmembrane receptor يسمى المستقبِل المرتبط بالبروتين -G G-protein coupled receptor (GPCR)، على سطح الخلية بشكلٍ نوعي، يتم تنشيط البروتين G وينفصل إلى وُحَيْدَتَيْن subunits (α وβ)؛ تقوم الوُحَيْدَةُ -α بتنشيط إنزيم أدِنيليل-سيكلاز adenylyl cyclase المرتبط بغشاء الخلية، فيعمل على تكوين الـ cAMP (الذي يمثل المرسال الثانوي) بدءاً من جزيء الـ ATP. يتفاعل الـ cAMP مع بروتين كيناز A مما يؤدي إلى تنشيطه. ثم يعمل الأخير على فسفرة مجموعة من البروتينات المختلفة، فتحدث في الخلية استجابات متنوعة، فعلى سبيل المثال: تؤدي فسفرة إنزيم الليباز lipase إلى تَدَرُّك degradation الشحوم الثلاثية، في حين تؤدي فسفرة إنزيم اصطناع (تركيب) الغليكوجين glycogen synthase إلى تثبيطه. أما تنشيط إنزيم كيناز الفوسفوريلاز phosphorylase kinase فيسبب تنشيط تَدَرُّك الغليكوجين (الشكل 1).

الشكل (1) آلية تنشيط بروتين كيناز -A: عندما يواجه الكائن ظرفاً مهدداً للحياة ويحتاج إلى طاقة سريعة للاستجابة، يتم تحفيز إنزيم غليكوجين فسفوريلاز، الذي يعمل على تحطيم الغليكوجين المخزن في الكبد ويتم إطلاق جزيئات الغلوكوز في الدم.

ب - بروتين كيناز C (PKC)Protein Kinase C: هو بروتين يوجد في سيتوبلاسما الخلية، يعمل على فسفرة بروتينات متنوعة، ما يؤدي إلى استجابات خلوية مختلفة. ويحتاج تنشيطه إلى إيونات الكلسيوم (لذلك يُشار له بـ C) بشكل غير مباشر، وثنائي أسيل الغليسيرين diacylglycerol وإينوزيتول ثلاثي الفسفات (inositol triphosphate (IP₃ تقوم إيونات الكلسيوم Ca++ المحررة من الشبكة البلازمية الداخلية endoplasmic reticulum - بتحريض من الإينوزيتول ثلاثي الفسفات IP₃ - أولاً بالارتباط ببروتين الكالمودولين calmodulin، ثم يرتبط الأخير بكيناز البروتين C- فيتنشط؛ لذلك يسمى كيناز البروتين المعتمد على الكالمودولين calmodulin-dependent protein kinase (CaM-PK).

ج- بروتين الكيناز المُنَشَّط بالانقسام الخلوي (MAPK): هو كيناز بروتين مُتَنقِّل (إِزْفَائِيٌّ) بين السيتوبلاسما والنواة، يعمل على توليد إشارة لبدء الانقسام الخلوي إثر وصول إشارة عامل نمو خلوي للخلية. وتبدأ عادة سلسلة تفاعلات الفسفرة استجابة لمنبه خارج خلوي، مثل وصول عامل نمو البشرة- بيتا epidermal growth factor-β (EGF-β) وارتباطه بمستقبله النوعي. ويعد السبيل المتسلسل: Ras-Raf-MEK-ERK مثالاً نموذجياً للاستجابة الخلوية لمنبه خارجي يَحْفِز انقسام الخلية. وتتم العملية في أربع مراحل رئيسة (الشكل 2):

الشكل (2): مسار نقل إشارة عامل نمو البشرة EGF عبر مستقبِل الكيناز التيروزيني RTK: 1. ارتباط جزيئي عامل نمو البشرة بالمستقبِل وتكوين مثنوي متجانس، ثم فسفرته. 2. نقل الإشارة عبر بروتينات التتابع وصولاً إلى Ras . 3. تنشيط Ras ومغادرة غشاء الخلية وقيامه بفسفرة متسلسلة كيناز بروتين آخرها Erk. 4. دخول Erk إلى النواة وتنشيط عوامل نسخ المورثات وتوليد الرنا المرسال mRNA، ثم ترجمة وتكوين لبروتينات تساهم في انقسام الخلية (استجابة الخلية).

1- تنشيط المُسْتَقْبِل receptor activation: يجري تنشيط كيناز البروتين C إثر وصول منبِّه نوعيّ (EGF-β) لمُسْتَقْبِلٍ نوعيٍّ هو المستقبِل كيناز التيروزين receptor tyrosine kinase (RTK)، الموجود على شكل نسخة مزدوجة (مَثْنَوِيّة) dimer في غشاء الخلية؛ ما يؤدي إلى تنشيط جزء المستقبِل على السطح الداخلي للخلية من خلال فسفرةٍ ذاتية بست مجموعات فسفاتية، حيث تستهلك ستة جزيئات ATP.

2- نقل إشارة المنبه عبر مجموعة بروتينات التتابع relay proteins الملتصقة بالسطح الداخلي لغشاء الخلية بشكلٍ متتابع (Grb , Sos , Ras). يتخلى Ras عن جزيء الـ GDP ويربط مكانه GTP، ثم يغادر الغشاء إلى السيتوبلاسما.

3- يقوم Ras بفسفرة سلسلةٍ متتابعة من الكينازات بحيث يفسفر كل واحدٍ الذي يليه: Raf ثم Mek ثم Erk.

4- يُفَسْفَر Erk بمجموعتي فسفات ويصبح منشَّطاً، ثم يدخل إلى النواة ويعطي أوامره لعوامل بروتينية (Myc , Fos) تُنَظِّمُ نَسخ الجينات الخاصة بالترميز لبروتينات تعمل على تنظيم دارة الانقسام الخلوي، من خلال نسخ جزيئات الرنا المرسال mRNA التي تغادر إلى السيتوبلاسما، وتُتَرْجَم إلى بروتينات جديدة تساهم في انقسام الخلية.

د- كينازات بروتين معتمدة على السايكلين Cyclin-Dependent Protein Kinases (CDKs) : هي كينازات بروتين تقطن في النواة وتنتمي إلى مجموعة سيرين/ثريونين الضرورية لانقسام الخلية، تُنْتَجُ السايكلينات خلال أطوار محددة من دارة انقسام الخلية. ثم يجري تَدَرُّكها بعد إنجازها لدورها الوظيفي النوعي، إذ تتغير تراكيزها مع تغير أطوار دارة الانقسام، لكن تراكيز كينازات البروتين التي ترتبط بها تكون ثابتة خلال أطوار دارة الانقسام. تقوم الـ CDKs بفسفرة البروتينات، فينجم عن ذلك تنشيط أو تثبيط لها، وذلك بحسب الدور المنوط بها (شكل 3-أ). كما تقوم بفسفرة بروتينات بطانة lamina غلاف النواة مع نهاية الطور الأول prophase لانقسام الخلية، فيتفكك الغلاف النووي (شكل 3- ب).

الشكل (3) دور الكيناز المعتمِد على السايكلين: أ- تنشيط وتثبيط عبر عملية فسفرة. ب- تفكيك غلاف بطانة النواة.

هـ - كيناز البروتين -G Protein Kinase G (PKG) : هو إنزيم كينازي يعتمد تنشيطه على الارتباط بـ cGMP. يتشكل الأخير إما بارتباط المنبه بمستقبِل ذي قدرة حفزٍ في جزئه الداخلي على سطح الخلية (يُعرف المستقبل باسم غوانيلات السايكلاز guanylate cyclase) وإما بارتباط المنبه بمستقبلٍ سيتوبلاسمي له الاسم السابق نفسه. يعمل كلا المستقبِلين على تحويل GTP إلى cGMP، حيث إن الأخير يمثل مرسالاً ثانوياً يرتبط بإنزيم كيناز -G فينشطه؛ لذلك يسمى إنزيم الكيناز G المعتمد على الغوانوزين أحادي الفسفات الحلقي cGMP. مثال ذلك: يؤدي ارتباط عامل إدرار الصوديوم الأذيني Atrial Natriuretic Factor (ANF)، إلى مستقبله النوعي الغشائي إلى تحويل GTP إلى cGMP وبالتالي تزداد كمية الـ cGMP داخل الخلايا مما يفضي إلى تنشيط كيناز البروتين G (PKG) الذي يعمل على فسفرة البروتينات في ثمالات السيرين والثريونين النوعية.

2- كينازات بروتين التيروزين protein tyrosine kinase: وهي تعمل على فسفرة بقية الحمض الأميني التيروزين، وتُستخدَم لاستقبال الإشارة ونقلها. وتنحصر وظيفتها الأولية في كونها مستقبِلات لعوامل النمو، ومن ثم نقل الإشارة داخل الخلية. وتُعَد مستقبِلات كينازات التيروزين من طبيعة بروتينية، ومنغرسة في غشاء الخلية على شكل مستقبِلات حفزية إنزيمية، وتَستَقبِل طيفاً واسعاً من عوامل النمو. وقد عُرِفَ منها أكثر من 50 مستقبِلاً كينازياً لدى الثدييات، من أهمها:

أ- مستقبِل عامل نمو الصفيحات الدموية PDGFR.

ب- مستقبِل عامل نمو البشرة EGFR.

ج - مستقبِل الإنسولين IR وعامل النمو الشبيه بالإنسولين-1 IGF1R.

د- مستقبِل عامل الخلايا الجذعية SCF، ويعرف باسم c-kit.

وتمتاز المستقبلات الكينازية التيروزينية بوجود ثلاثة أجزاء وظيفية (الشكل 4):

الشكل (4) مخطط لبنية مستقبِل كيناز تيروزيني ووظيفته: أ: أجزاء المستقبِل الثلاثة. ب: المستقبِل الكينازي بحالة غير منَشَّطَة. ج: تنشيط المستقبِل من خلال ارتباط المنبه به، ثم قيام جزئه الكينازي في داخل الخلية بفسفرة (تنشيط) بروتين خلوي عبر حلمهة جزيء ATP.

1- الجزء خارج الخلية مهمته استقبال جزيء المنبه وربطه، مثل عامل نمو/هرمون.

2- الجزء عبر غشاء الخلية.

3- الجزء داخل الخلية يؤدي دوراً حفزياً من خلال حلمهة ال ATP لفسفرة بروتين سيتوبلاسمي.

يحدث أمران من جراء ارتباط المنبه بالمستقبل:

أ- ارتباط جزيئي مستقبلين معاً وتكوين مثنوي متجانس homodimer أو مثنوي غير متجانس heterodimer كمستقبل لـ PDGFR.

ب- فسفرة ذاتية لجزء المستقبل الموجود عبر غشاء الخلية؛ مما يسمح بوضعية معينة للقطاع الكينازي من كلا المستقبِلين بشكل يمكنه من استقبال جزيء ال ATP. وتحدث الفسفرة على مرحلتين:

1- تحول الفسفرة الجزء الكينازي للمستقبل من وضعية الإقفال إلى وضعية الانتظار.

2- الفسفرة التي يصبح من خلالها الجزء الحفزي للمستقبل نشطاً، فيعمل على فسفرة كينازات تيروزينية تساهم في مسارات نقل إشارات مختلفة في الخلية، يعد كيناز يانوس Janus kinase من أهم المستقبلات التي تعمل على جذب بروتينات نقل الإشارة وتنشيط الانتساخ signal transducer & activator of transcription (STAT) والتي تؤدي أدواراً مهمة عند مستوى تنظيم التعبير المورثي (الشكل 5).

الشكل (5) مخطط لبنية مستقبِل كيناز تيروزيني مرتبط ووظيفته. ارتباط عامل نمو الخلايا الليفية FGF بمستقبِل كيناز تيروزيني وتكوين مثنى متجانس، ثم تفسفره ذاتياً وجذب بروتين ال STAT وفسفرته.

مستقبلات كينازات التيروزين

تُصنف المستقبِلات في ثلاثة أنواع (شكل 6):

الشكل (6) أنواع مستقبِلات الكيناز التيروزيني (RTK).

1- النوع الأول: مثنوي المستقبل منفصل الوُحَيْدَةِ، يتنشط بجزيء مفرد من المنبه.

2- النوع الثاني: مثنوي المستقبل متحد الوُحَيْدَةِ على السطح الخارجي للخلية، يتنشط بجزيء مفرد من المنبه.

3- النوع الثالث: مثنوي المستقبل منفصل الوحيدة، يتنشط بجزيئين من المنبه.

آلية عمل كيناز تيروزين مستقبل الإنسولين Insulin Receptor Tyrosine Kinase (IRTK)

يمتاز داء السكري 2 (diabetes 2) بانتشاره الواسع في المجتمعات البشرية. ويُرَدُّ أساساً لمقاومة الإنسولين، أي بعدم الاستجابة له، على الرغم من أن الهرمون يُفْرَزُ ذاتياً بتراكيز نظامية، وربما أعلى من النظامية، لكن يتمتع هؤلاء الأفراد بمستويات عالية من الغلوكوز في الدم، ويعانون أعراضاً صحية ضارة شتى. يرتبط الإنسولين عادة بالجزء الخارجي من المستقبِل؛ مما يحفز فسفرةً ذاتية لجزئه الداخلي، ما يؤدي إلى جذب بروتينين وارتباطهما ثم فسفرتهما. يعمل البروتين الأول على تغيير تعبير جين نقل الغلوكوز (GLUT4) glucose transmission 4، حيث يبدأ اصطناع البروتين GLUT4، الذي يُنْقَلُ ويُثَبَّتُ في غشاء الخلية، فيعمل على شكل بوابة لعبور الغلوكوز من الدم إلى الخلايا الخازنة له. ويعمل البروتين الثاني، مستقبل الإنسولين-1 insulin receptor substrate-1 (IRS1) على تحريض نقل البروتين GLUT4 إلى غشاء الخلية. يقوم IRS1 بالارتباط وفسفرة فسفاتيديل إينوزيتول 3-كيناز PI3K، الذي يُفَسفِر بدوره مجموعة هدروكسيل-3، في مركب فسفاتيديل إينوزيتول (PI) الموجود في غشاء الخلية فيتشكل الفسفاتيل إينوزيتول ثلاثي الفسفات PI(3)P. وقد تبين أن مسارات الاستقلاب المرتكزة على pI3K هي الأكثر تطفراً في السرطانات البشرية. يقوم PI(3)P باستقدام كينازات بروتينات غشائية (PKD1) phosphoinositide-dependent kinase وAkt غير مفسفرة. وعندما يرتبط PKD1 بـ PI(3)P ويصبح كينازاً مفسفراً نشطاً يقوم بفسفرة تضم الـ Akt ثلاثة كينازات بروتين من نوع السيرين/ميثيونين، تقوم بفسفرة بروتينات تساهم في أنشطة خلوية مختلفة، مثل تنظيم نقل الغلوكوز وانقسام الخلية وتموتها apoptosis. يتركز دور الـ Akt في خلايا الكبد والعضلات المخططة على توجيه تحرك حويصلات سيتوبلاسمية مُخَزِّنَةٍ للبروتين GLUT4 إلى سطح الخلية، حيث تدخل في بناء غشاء الخلية، فيزداد عدد بوابات دخول الغلوكوز من الدم إلى الخلايا الخازنة، وبذلك يتسرع خفض تركيز الغلوكوز المرتفع في الدم. إن هذه الآلية تكون معطلة لدى مرضى السكري-2 عند مستوى مستقبل الإنسولين (الشكل 7).

الشكل (7) مستقبِل الإنسولين الكينازي التيروزيني.

3- كينازات بروتين الهيستيدين:

كينازات نوعية توجد لدى بدائيات النواة Prokaryota وفي النباتات والفطريات والحيوانات (حقيقيات النواة Eukaryota). وهي تقوم بدور ناقل إشارة، حيث تضاف مجموعة فسفات من الـ ATP إلى بقية الحمض الأميني الهيستيدين ضمن الكيناز نفسه، ثم تُنقَلُ لاحقاً إلى بقية الحمض الأميني (الأسبارتيك) الموجود في قطاعٍ مستقبِلٍ لبروتين مختلف.

ومن الجدير بالذكر أن عملية الفسفرة عملية عكوسة، حيث تقوم إنزيمات الفسفاتاز بنزع مجموعة الفسفات من البروتينات المفسفَرة بعملية حلمهة، فتعود لحالتها البدئية وذلك وفق المعادلة (2):

إن عملية الفسفرة وعملية نزع الفسفرة عمليتان منظمتان بدقة، وقد عُرِفَ الكثير عن آليات تنظيمهما. ويشتمل المجين البشري على 120 بروتيناً فسفاتازياً مصنفة:

أ- 32 بروتيناً فسفاتازياً سيرين/ثريونين. وهي توجد في سيتوبلاسما الخلية، ومنها بروتين فسفاتاز-1 الذي يثبَّطُ من قبل مُثَبِّط-1 فسفو- بروتين فسفاتاز. يجري مثلاً تنشيط بروتينات فسفاتاز-2B بإيونات الكلسيوم، التي بدورها تنشِّط العديد من إنزيمات الكينازات. ويوجد توازن دقيق جداً في تنظيم بروتينات الكينازات وبروتينات الفسفاتازات.

ب- 42 بروتيناً فسفاتازياً تيروزينياً.

ج- 46 بروتيناً فسفاتازياً ثنائي النوعية ثريونين/تيروزين. ومن أهم مواد تفاعلها مجموعة الكينازات Erk1 و Erk2 و MAP. ويحتاج تنشيط هذه الإنزيمات الكينازية إلى فسفرة مزدوجة لكل من الثريونين والتيروزين.

توجد ثلاث مجموعات من البروتينات الفسفاتازية التيروزينية:

أ- مجموعة ذات قطاع خارج خلويّ، يؤدي وظيفةَ مستقبِلٍ على سطح غشاء الخلية، وقطاع بينيّ في غشاء الخلية، وقطاع حفازيٍّ داخل خلوي في السيتوبلاسما.

ب- مجموعة مقيدة على سطح الوجه الداخلي لغشاء الخلية، ويتم تنظيمها من قبل المجموعة السابقة.

ج- مجموعة توجد حرة في سيتوبلاسما الخلية، وتؤدي نشاطاً مزدوجاً داخل السيتولاسما وداخل النواة.

الجوانب الطبية للكينازات والفسفاتاز:

نظراً للأدوار الوظيفية التي تقوم بها كينازات البروتين والفسفاتاز، فإن طفرات مورثاتها (جيناتها) المرمزة لها تسبب اضطرابات وراثية مختلفة وخطرة. كما أن توجيه العلاج الدوائي النوعي نحو بعض إنزيماتها قد أعطى نتائج ناجعة وشافية في العديد من الحالات، فعلى سبيل المثال تؤدي طفرات مستقبلات كيناز التيروزين إلى أورام موروثة خطرة، مثلاً تسبب الطفرات في الجين Ret - المُرَمِّزَةِ لمستقبل كيناز التيروزين - طيفاً واسعاً من الأورام البشرية الموروثة في الجهاز الصماوي الذاتي والجملة العصبية المركزية وأعصاب القناة الهضمية، مثل الورم النخاعي الدرقي ووَرَم القَواتِم pheochromocytoma في الغدة الكظرية وفي أعصاب الظِهارية المخاطية وقناة الهضم، والورم الدِبقي glioma وداء هيرشبرونغ (تضخم القولون الخلقي) Hirschsprung disease. وقد شوهدت طفرات في مورثات (جينات) مرمزة لكينازات بروتين تيروزينية مثل ألفا و بتا-كاتِنين α, β-catenin في أورام القولون والبروستات.

وترتبط طفرة كيناز بروتين تيروزين بروتون Bruton (Btk) السيتوبلاسمي بمتلازمة فَقْدِ غامَّاغلوبيولينِ الدَّم gammaglobulinemia A، وهو داء مناعيٌّ موروث مرتبط على الصبغي X. وهو يمتاز بفشل خلايا كريات الدم البيض البائية B بالتنامي، وذلك بسبب البروتين Btk الطافر الذي يتحكم به.

كما تتفاعل مستقبِلات الخلايا التائية والبائية مباشرة مع المستقبل الفسفاتازي التيروزيني عبر الغشائي CD45. إذ يُنَشِّطُ كلاً من Lck و Fyn الضروريين للذاكرة المناعية، وهما كينازان بروتين في السيتوبلاسما (الهيولى)، من خلال نزع مجموعة الفسفات منهما. وتقوم طفرات CD45 بالدور الرئيس في داء العَوَزِ المَناعِيِّ المُشْترك الشَّديد severe combined immunodeficiency، حيث يقوم الكيناز التيروزيني السيتوبلاسمي Csk بإضعاف إشارة مستقبِل الخلية التائية بنقل مقر مجموعة الفسفات في كل من Fyn و Lck. كما ترتبط عدوى عضلة القلب بفيروس الكوكساكية Coxsackie B3 virus بنشاط كيناز التيروزين p56Lck. ويعمل فيروس التَّوْرامِيَّة polyomavirus على تثبيط Src-Try بوساطة المستضد T للحمة، ما يؤدي إلى تَحَوُّلٍ وَرَمِي بفعل هذا الفيروس. كما تعمل جراثيم السل اليِرسينيا السلية Yersinia tuberculosis ومسممات الأغذية السالمونيلّا التيفية Salmonella typhimurium على نزع فسفات -كينازات بروتينات خلوية مسؤولة عن حفز البلعمة والالتصاق، فيتم تثبيط الآليات الجزيئية الخلوية المناعية. تجري هذه العملية باستخدام مُضَاهِئاتٍ analogues فسفاتازية من قبل الجراثيم بديلاً عن الفسفاتاز البشري.

وقد لوحظ أن خلل تنظيم مضخات الكلسيوم المُنَظَّمَةِ من قبل الكينازات مرافق لداء وراثي سائد يسمى فَرْط الحرارة الخَبيث malignant hyperthermia، حيث يعاني الفرد فرطاً تحسسياً تجاه التخدير؛ ما ينجم عنه توقف عضلة القلب والموت الفجائي في أثناء عملية تخدير بسيط. كما أن اضطراب استقلاب فسفوإينوزيتول ثلاثي فسفات IP3 - بسبب طفرات كينازات بروتينات مسؤولة عنه - يسبب مُتَلاَزِمَةً عَينِيَّةً مُخِّيَّةً كُلْوِيَّةً تعرف بمتلازمة لُوي العينية المخية الكلوية Lowe oculocerebrorenal syndrome، التي تتظاهر بتخلف عقلي وتعتيم عدسة العين وبيلة الحموض الأمينية في البول aminoaciduria.

وينجم مرض ابيضاض الدم النقوي Chronic Myelogenous Leukemia (CML) عن انتقال (إزفاءٍ) تبادلي reciprocal translocation بين نهايات الأذرع الطويلة للصبغيين 9 و22 في إحدى الخلايا المولدة للدم في نقي العظام؛ ما يؤدي إلى وضع المورثة abl من الصبغي 9 بجانب المورثة bcr على الصبغي 22، ويحدث اندماج مورثيٌّ لهما على ما تبقى من الصبغي 22، الذي هو أقصر من الصبغي النظامي. وقد أُطلق عليه اسم صبغي فيلادلفيا، لأن الحالة كانت قد كُشِفَت في أحد مشافي فيلادلفيا عام 1958 (شكل 8). تُرَمِّزُ المورثة الاندماجية abl-bcr كينازَ بروتينٍ يمتاز بكونه بروتيناً مسرطناً oncoprotein. يعمل إنزيم الكيناز هذا على فسفرة مستفعلاتٍ effectors خلوية ذات طبيعة كيناز بروتين تيروزينيّة (بروتين كيناز-B PKB/Akt وكذلك بروتينات STATs). يولد الإنزيم إشارات متكررة وفوضوية تحث على انقسام الخلايا المولدة لكريات الدم البيض في نقي العظام، ويمتاز بعمر نصف مديد في الخلية. ووجد أن عقار غليفيك GLEEVEC (Imatinib mesylate) - المعروف باسم إيماتينيب imatinib - هو مثبط كينازي تنافسيٌّ لجزيء ال ATP في المقر الفعال للبروتين المسرطن. ولا توجد أعراضٌ جانبيةٌ للعقار، وهو شافٍ %100 في المراحل المبكرة من الورم.

الشكل (8) آلية نشوء صبغي فيلادلفيا المسبب لداء ابيضاض الدم النقوي المزمن CML.

تبين أن التعبير المفرط overexpression للجين HER2 المُرَمِّزَ لمستقبِل كيناز بروتين عامل نمو البشرة موجود لدى %30 من مرضى سرطان الثدي. وقد وجد أن عقار تراستيوزوماب Trastuzumab المعروف باسم هِرسِبتين Herceptin، وهو مستضد وحيد النسيلة monoclonal antibody، يرتبط نوعياً بالجزء الخارجي على سطح الخلية لهذا المستقبِل ويثبطه، ويمثل علاجاً فعالاً.

مراجع للاستزادة: -A. Alonso, et al., Protein tyrosine phosphatases in the human genome, Cell, 117: 699-711, 2004. -P. G. Besant, E. Tan, P. V. Attwood, Mammalian protein histidine kinases, Int. J. Biochem. Cell Biol. 35: 297-309 (2003). -C. M. Croce, Oncogenes and cancer, N. Engl. J. Med. 358:502-511 (2008). - R. J, Epstein, Human molecular biology. An Introduction to the Molecular Basis of Health and Disease. Cambridge Univ. Press. (2003) -.Higashiyama et al., Membrane-anchored Growth Factors, The Epidermal Growth factor family: Beyond Receptor Ligands. Cancer Science 99: 214–20 (2008). -D. Lang, et al., PAX genes: Roles in Development, Pathophysiology, and Cancer. Biochem. Pharm. 73:1-14 (2007). - G. Manning, et al., The Protein Kinase Complement of the Human Genome. Science 298:1912–1934 (2002). -T. J. Stout, P. G. Foster, D. J. Matthews, High-Throughput Structural Biology in Drug Discovery: Protein Kinases. Curr. Pharm. Des. 10:1069–1082 (2004). - B. Xiao, et al.,  Structure of Mammalian AMPK and its Regulation by ADP.  Nature,472:230 (2011).

---

- التصنيف : علم الحياة (البيولوجيا) - النوع : علم الحياة (البيولوجيا) - المجلد : المجلد الرابع مشاركة :