حل معمای مولکولی نوعی از پروتئین‌ها

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما؛ به نقل از وبگاه ساینس (science)، پروتئین‌های کوتاه‌مدت، فعالیت ژن را در سلول‌ها کنترل می‌کنند و نقش‌های حیاتی از کمک به اتصال مغز تا تقویت پاسخ ایمنی بدن را ایفا می‌کنند. این پروتئین‌ها که از هسته منشا می‌گیرند، پس از تحقق هدف خود به سرعت تجزیه می‌شوند.
برای دهه‌ها، سازوکار تخریب و حذف این پروتئین‌های ضروری از سلول‌ها برای محققان یک رمز و راز باقی مانده بود.
در یک همکاری، محققان دانشکده پزشکی هاروارد پروتئینی به نام midnolin را شناسایی کردند که نقش کلیدی در تخریب بسیاری از پروتئین‌های هسته‌ای کوتاه مدت دارد.
این مطالعه نشان می‌دهد که midnolin این کار را با گرفتن مستقیم پروتئین‌ها و کشیدن آن‌ها به سیستم دفع زباله سلولی که پروتئازوم نام دارد، انجام می‌دهد؛ جایی که آن‌ها از بین می‌روند.
یکی از محققین این مطالعه گفت: این پروتئین‌های کوتاه‌مدت خاص بیش از ۴۰ سال است که شناخته شده‌اند، اما هیچ کس چگونگی تجزیه آن‌ها را مشخص نکرده است.
از آنجایی که پروتئین‌هایی که توسط این فرآیند تجزیه می‌شوند، ژن‌های دارای عملکرد‌های مهم مرتبط با مغز، سیستم ایمنی و رشد را تعدیل می‌کنند، دانشمندان ممکن است در نهایت بتوانند این فرآیند را به عنوان راهی برای کنترل میزان پروتئین برای تغییر این عملکرد‌ها و اصلاح هر گونه اختلال، هدف قرار دهند.
این محقق در ادامه افزود: مکانیسمی که ما پیدا کردیم بسیار ساده و کاملاً ظریف است. این یک کشف علمی پایه‌ای است، اما پیامد‌های زیادی برای آینده دارد.
سلول‌ها می‌توانند پروتئین‌ها را با برچسب زدن به مولکول کوچکی به نام یوبیکوئیتین تجزیه کنند. برچسب به پروتئازوم می‌گوید که دیگر به این پروتئین‌ها نیازی نیست و آن‌ها را از بین می‌برد. 
با این حال، گاهی اوقات پروتئازوم پروتئین‌ها را بدون کمک برچسب‌های یوبیکوئیتین تجزیه می‌کند و این کارشان محققان را به این گمان می‌برد که مکانیسم دیگری مستقل از یوبی‌کویتین برای تخریب پروتئین وجود دارد.
محقق این طرح گفت: شواهد پراکنده‌ای مبنی بر اینکه پروتئازوم می‌تواند مستقیماً پروتئین‌های بدون علامت را تجزیه کند، در علم وجود دارد، اما تاکنون هیچ‌کس متوجه نشده است که چگونه این اتفاق می‌افتد.
یک گروه از پروتئین‌ها که به نظر می‌رسید توسط یک مکانیسم جایگزین تجزیه می‌شوند، عوامل رونویسی ناشی از محرک‌ها هستند: پروتئین‌هایی که به سرعت در پاسخ به محرک‌های سلولی ساخته می‌شوند و به سمت هسته سلول می‌روند تا ژن‌ها را فعال کنند و پس از آن به سرعت از بین می‌روند.
 این پروتئین‌ها بسیار ناپایدار هستند و نیمه عمر بسیار کوتاهی دارند، به این شکل که پس از تولید، عملکرد خود را انجام می‌دهند و پس از آن به سرعت تجزیه می‌شوند.
این عوامل رونویسی از طیف وسیعی از فرآیند‌های بیولوژیکی مهم در بدن پشتیبانی می‌کنند، اما حتی پس از دهه‌ها تحقیق، مکانیسم کار آن‌ها تا حد زیادی ناشناخته بود.
محققان با استفاده از پروتئین پیچیده و آنالیز‌های ژنتیکی توسعه یافته در آزمایشگاه، میدنولین را به عنوان پروتئینی که به تجزیه هر دو فاکتور رونویسی کمک می‌کند، معرفی کردند.
با کمک یک ابزار یادگیری ماشینی به نام AlphaFold که ساختار‌های پروتئینی را پیش‌بینی می‌کند، به‌علاوه نتایج حاصل از یک سری آزمایش، این تیم تحقیقاتی توانست جزئیات این مکانیسم را بررسی کند. محققان فهمیدند که midnolin دارای یک "Catch Domain" است که منطقه‌ای از پروتئین است که پروتئین‌های دیگر را می‌گیرد و آن‌ها را مستقیماً به پروتئازوم تغذیه می‌کند، جایی که آن‌ها تجزیه می‌شوند. این Catch Domain از دو ناحیه مجزا تشکیل شده است که توسط اسید‌های آمینه به هم مرتبط شده اند و ناحیه نسبتاً بدون ساختار یک پروتئین را می‌گیرند، بنابراین به midnolin اجازه می‌دهد تا انواع مختلفی از پروتئین‌ها را جذب کند.
نکته قابل توجه پروتئین‌هایی مانند Fos هستند که مسئول فعال کردن ژن‌هایی هستند که نورون‌های مغز را به سیم کشی مجدد در پاسخ به محرک‌ها وادار می‌کنند. پروتئین‌های دیگری مانند IRF۴ با اطمینان از اینکه سلول‌ها می‌توانند سلول‌های B و T عملکردی بسازند، ژن‌هایی را فعال می‌کنند که از سیستم ایمنی حمایت می‌کنند.