به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، پروتئین‌های ادغام شده در غشای سلولی نقش مهمی در انتقال مواد مغذی به مقصد مورد نظر در سلول‌های ما دارند. اگر این سیستم حمل و نقل نادرست عمل کند و متابولیت‌ها نتوانند به هدف خود برسند، می‌تواند اثرات نامطلوبی بر سلامت انسان داشته باشد، از بیماری‌های نادر گرفته تا اختلالات عصبی و حتی سرطان. بنابراین داشتن درک عمیق تر از نحوه انتقال متابولیت‌ها به سلول‌ها می‌تواند راه را برای درمان‌های بالقوه برای بیماری‌های مرتبط با انتقال متابولیت‌ها هموار کند. اما  تاکنون دانستن نقش پروتئین‌های انتقال دهنده مواد مغذی دشوار بوده است، زیرا تا به امروز، حدود 30 درصد از پروتئین‌های حامل مواد مغذی نقشه‌برداری نشده‌اند. اکنون، این مطالعه جدید پروتئین مسئول انتقال کولین به سلول را نشان می‌دهد. این یافته‌ها که در Cell Metabolism منتشر شده است، ممکن است پیامدهای فوری برای افرادی داشته باشد که با آتاکسی ستون خلفی همراه با رتینیت پیگمانتوزا (PCARP)، بیماری ناشی از جهش در این پروتئین ناقل زندگی می‌کنند.

عملکرد حامل‌ها برای انتقال متابولیت‌ها

سلول‌های موجودات چند سلولی برای بقا و عملکرد نیاز به تامین مداوم مواد مغذی و مواد معدنی دارند. هموستاز مواد مغذی تا حدی توسط پروتئین‌های حامل غشایی انجام می‌شود که انتقال متابولیت‌های مولکولی کوچک را در غشاهای سلولی تسهیل می‌کنند. این حامل‌های غشایی شامل گروهی از پروتئین‌ها هستند که از نظر ویژگی‌های سوبسترا، بیان بافت، محلی سازی درون سلولی و توپولوژی متفاوت هستند. مطابق با عملکرد حیاتی متابولیت‌ها در رشد و نمو، نقص در انتقال متابولیت با زیرمجموعه ای از اختلالات و بیماری‌های مادرزادی مرتبط است. به علاوه، حتی گونه‌های غیر بیماری زا در ژن‌های ناقل ممکن است زمینه ساز تنوع فردی در نتایج فیزیولوژیک و متابولیسم دارو باشند. شواهد فزاینده ای وجود دارد که نشان می‌دهد این حامل‌ها می‌توانند برای درمان نیز هدف قرار گیرند. برای مثال، مهارکننده‌های انتقال‌دهنده‌های سدیم-گلوکز در کلیه، داروهای تایید شده برای بزرگسالان مبتلا به دیابت هستند. به طور مشابه، مهارکننده‌های بازجذب سروتونین معمولاً برای درمان افسردگی استفاده می‌شوند. ولی در همین راستا حامل‌های مولکولی کوچک به دلیل آبگریزی بودنشان به خوبی مورد مطالعه قرار نگرفته اند. اگرچه فناوری‌های نوظهور ژنتیکی، ساختاری و متابولومیک شناسایی زیرمجموعه‌ای از ناقل‌ها را ممکن کرده‌اند، ولی با این وجود تقریباً 30٪ از آنها هنوز بسترهای شناخته شده یا عملکردهای فیزیولوژیکی ندارند.

کولین مکمل

کولین یک مولکول کوچک ضروری با نقش‌های متنوع در سنتز انتقال دهنده‌های عصبی، هموستاز غشایی و متابولیسم یک کربن است. در واقع، محرومیت از کولین غذایی با اختلال عملکرد کبد، اختلالات عصبی و آسیب عضلانی همراه بوده است. با توجه به اینکه کولین یک مولکول باردار است، سلول‌ها باید آن را از سرم و مایع خارج سلولی از طریق حامل‌های غشایی اختصاصی انتقال دهند. Timothy Kenny، یکی از همکاران فوق دکترا در آزمایشگاه Kivanc Birsoy  در راکفلر می‌گوید: «بیماران می‌توانند کولین مکمل را بدون نسخه دریافت کنند – زیرا به راحتی تجویز می‌شود و بیماران می‌توانند سطوح نسبتاً بالایی از آن را تحمل کنند». بنابراین این یافته‌های ما می‌تواند به راحتی به کلینیک وارد شود و همچنین ممکن است راه را برای اکتشافات بیشتر هموار کند که عملکرد درونی سایر پروتئین‌های ناقل و بیماری‌هایی را که با اختلال عملکرد آنها مرتبط هستند، از بین ببرد. Kivanc Birsoy می‌گوید: کل مطالعه اثبات مفهوم است. زیرا با شناسایی سیستماتیک پروتئین‌های ناقل ما می‌توانیم اسرار نه تنها در زیست‌شناسی انسان، بلکه در سلامت انسان را نیز حل کنیم.

یافتن متابولیت

حدود 5000 متابولیت مختلف در خون انسان وجود دارد و دانشمندان هنوز نمی‌دانند چه تعداد از آنها وارد سلول می‌شوند. Kivanc Birsoy و همکاران که مصمم به تغییر آن بودند، شروع به بررسی پروتئین‌های انتقال کردند. این تیم یک رویکرد منحصر به فرد گسترده برای این مشکل در پیش گرفت و تعداد زیادی از مطالعات را بررسی کردند که ارتباط بین ناقل‌ها و متابولیت‌ها را در کل ژنوم انسان نشان می‌دادند. در آخر نیز متوجه شدند که یک متابولیت ( کولین ) به شدت با پروتئین انتقال غشایی به نام FLVCR1 مرتبط است. Kivanc Birsoy می‌گوید: «در داده‌های ما، می‌توان چندین پروتئین ناقل مرتبط با متابولیت‌های خاص را بیرون کشید. ولی در نهایت ما تصمیم گرفتیم روی کولین تمرکز کنیم زیرا قوی ترین سیگنال را داشت.

دلایل انتخاب کولین

کولین همچنین به دلیل وجود بیماری‌های مرتبط با کمبود آن، انتخابی جذاب بود. Kivanc Birsoy می‌گوید: کولین یک جزء کلیدی غشای سلولی و انتقال‌دهنده‌های عصبی است، بنابراین از نظر بیولوژیکی مهم است و کمبود کولین همچنین با اختلالات طیف الکل جنینی، تخریب عصبی، بیماری کبد و برخی سرطان‌ها مرتبط است. این واقعیت که مطالعات قبلی به ارتباط بین جهش‌های FLVCR1 و PCARP (که منجر به مشکلات بینایی، ضعف عضلانی و مشکلات جهت‌گیری فضایی می‌شود) اشاره کرده‌اند، تنها این احساس از تیم را تشدید می‌کند که آنها به یک جفت احتمالی با پیامدهای مهم دست یافته اند.

آزمایش‌های تایید کننده کولین

Birsoy و همکارانش سپس یک سری آزمایش انجام دادند تا به طور قطع نشان دهند که FLVCR1 در واقع ناقل مورد نظر است. آنها دریافتند که موش‌های بدون FLVCR1 در رحم می‌میرند (اما اگر کولین مکمل داده شود بیشتر عمر می‌کنند)، و سلول‌های انسانی که ژن تولیدکننده FLVCR1 را ندارند، دچار کمبود کولین هستند. بنابراین این یافته نشان می‌دهد که این ژن چقدر باید برای زندگی اساسی و مهم باشد. علاوه بر این، آزمایش روی جنین موش شواهدی را ارائه کرد که جهش‌های FLVCR1 ممکن است با کولین مکمل قابل درمان باشند. بنابراین اگر این امر در انسان نیز صادق باشد، به این معنی است که ممکن است ارائه کولین از دست رفته به بیماران PCARP از طریق یک مکمل غذایی منطقی تر باشد تا تلاش برای تعمیر ناقلی که باید کولین را وارد سلول‌های آنها می‌کرد.

کشف ارتباط میان ژن FLVCR1 با کولین

کنی می‌گوید: «دانشمندان می‌دانستند که PCARP با FLVCR1 مرتبط است، اما نمی‌دانستند که FLVCR1 با کولین مرتبط است، بنابراین ارائه کولین مکمل برای بیماران PCARP حتی در نظر گرفته نمی‌شد». این نمونه‌ای از این است که چگونه زیست‌شناسی پایه به ما اجازه می‌دهد تا به طور منطقی درمان‌ها را طراحی کنیم.» در همین حال، آزمایشگاه Birsoy قصد دارد از روش توصیف شده در این مطالعه برای شناسایی ارتباطات مرموز بیشتری بین متابولیت‌ها و ناقل‌ها استفاده کند. Birsoy می‌گوید: «با توجه به اینکه بسیاری از ناقلان با بیماری‌ها و اهداف دارویی مرتبط هستند، شناسایی این ناقل‌ها یک اولویت است. ما اکنون یک استراتژی مهم برای دستیابی به این هدف ابداع کرده‌ایم.»

پایان مطلب/