التفاعلات الأيضية أثناء تنشيط إنزيم Akt2

كشف Takeaki Ozawa وفريقه من جامعة طوكيو عن التفاعلات الأيضية أثناء تنشيط إنزيم يسمى Akt2. من خلال القيام بذلك ، فإنها تكشف عن الأعمال الداخلية لعملية التمثيل الغذائي التي ينظمها الأنسولين. تمهد هذه النتائج الطريق لعلاجات تستهدف Akt2 لمرض السكري واضطرابات التمثيل الغذائي.

يتطلب الأمر طاقة لفعل أي شيء ، حتى في الوجود. يمكنك استقلاب الطعام لتحويل الجلوكوز إلى طاقة: من خلال العديد من التفاعلات الجزيئية داخل خلاياك. بمجرد أن تأكل ، يفرز البنكرياس هرمون الأنسولين ، الذي يؤدي إلى عمليات التمثيل الغذائي المختلفة. كما لو كانت لعبة ترحيل جزيئي ، فإن ارتباط الأنسولين بمستقبلاته يؤدي إلى سلسلة من الاتصالات عبر تفاعلات جزيئية بوساطة إنزيمات تسمى كينازات. Akt2 هو أحد أنواع كيناز هذه المشاركة في عمليات التمثيل الغذائي الخلوي التي ينظمها الأنسولين.

“التمثيل الغذائي للخلايا يتضمن العديد من المسارات الجزيئية التي تنظم تخزين المغذيات وإنتاج الطاقة ، وكلها تتأثر بالأنسولين أو تتحكم فيها. نحن نعرف العديد من اللاعبين الرئيسيين المشاركين في مسارات الأنسولين. لكننا الآن مهتمون بكيفية أداء هؤلاء الممثلين كأفراد ، “قال أوزاوا عندما سئل عن دوافعه لدراسة Akt2.

لكنها ليست مهمة سهلة. الأيض الخلوي هو مثل السوق الصاخب حيث يعمل الحمض النووي الريبي والبروتينات والمستقلبات في وقت واحد. هذا يجعل من الصعب دراسة جزيء حيوي معين في هذه العملية. وحتى إذا كان الجزيء الحيوي لا يعمل بشكل طبيعي ، فإنه يؤدي إلى اضطرابات التمثيل الغذائي مثل مرض السكري. لذلك شرع أوزاوا وفريقه في معالجة هذه المشكلة الصعبة.

استخدموا طريقة تحليلية جديدة تسمى التحليل “عبر الذرات” ، مقترنة بتقنية “علم البصريات الوراثي”. سمحت تقنية Optogenetics للباحثين بتنشيط Akt2 على وجه التحديد من خلال تسليط الضوء على جزيئات Akt2 الحساسة للضوء داخل الخلايا. عند تشغيل الضوء ، تتجمع جميع جزيئات Akt2 عند غشاء الخلية. عن طريق إطفاء الضوء ، يتم تعطيل Akt2. يجمع تحليل الترانسوميات بين البيانات واسعة النطاق للجزيئات الحيوية المشاركة في عملية التمثيل الغذائي: البروتينات (البروتينات) ، والجينات المعبر عنها أو نسخ الحمض النووي الريبي (النسخ) ، والمستقلبات (الأيضات).

لفهم عواقب تنشيط Akt2 ، قام الباحثون بتنشيط Akt2 في خلايا العضلات الهيكلية للفأر. ثم قاموا بعد ذلك بجمع بيانات واسعة النطاق عن الجزيئات الحيوية التي تم إنتاجها أو تدهورها بعد فترة وجيزة. كشف التحليل العابر للذرات عن الشبكة الجزيئية الناتجة عن تنشيط Akt2.

ولدهشتهم ، يستخدم Akt2 آليات تنظيمية مختلفة عن الأنسولين. تضمنت الشبكة التي ينظمها Akt2 9 جينات و 56 إنزيمًا أيضيًا و 23 مستقلبًا. لكن الشبكة التي ينظمها الأنسولين تضمنت 32 جينًا و 43 إنزيمًا أيضيًا و 18 مستقلبًا. في بعض التفاعلات الأيضية ، يعمل Akt2 بمفرده ؛ في حالات أخرى يعمل مع إنزيمات أخرى. والجدير بالذكر أن Akt2 يلعب دورًا مهمًا في تحفيز تحلل الجلوكوز ، والذي يتضمن تكسير الجلوكوز لإنتاج الطاقة ، وأيض النيوكليوتيدات ، والذي يتضمن توليف أو تفكيك الحمض النووي الريبي والحمض النووي الريبي.

وقال أوزاوا: “قد تساعد هذه النتائج في توضيح آليات ظهور المرض الذي تسببه الطفرات في وظيفة Akt2”. “يمكن أن تساعد أيضًا في تطوير الأدوية التي تستهدف Akt2. كما أن الإطار التحليلي المستخدم في هذه الدراسة ينطبق أيضًا على الجزيئات الحيوية الأخرى. وبالتالي ، فإن هذا النهج متعدد الاستخدامات لتحليل وظيفة إنزيم معين داخل الخلية.