الكشف عن دور جين DJ-1 في مرض باركنسون

يُسبب جين DJ-1 الطافر مرض باركنسون المتنحي، إلا أن الآلية الجزيئية لهذه العملية لم تتم دراستها على نحو جيد.

لفهم كيفية تحليل DJ-1 لأنهيدريد 3-فوسفوجليسريك الحلقي - وهو مُستقلب خلوي سام وشديد التفاعل - أجرى باحثون من اليابان محاكاة جزيئية واختبارات كيميائية حيوية، بما في ذلك تحليلات الطفرات، مؤكدين دور DJ-1 في التسبب في مرض باركنسون الوراثي.

من خلال الكشف عن الأحماض الأمينية المشاركة في نشاطه التحفيزي ، يُرسي هذا العمل الأساس لدراسات وظيفية مستقبلية على DJ-1.

نُشر البحث في مجلة علم الأحياء الخلوي.

جين مرتبط بمرض باركنسون

DJ-1/PARK7، وهو جين مرتبط بمرض باركنسون العائلي المتنحي، يُشفِّر جين DJ-1، الذي يمتلك أنشطة مضادة للأكسدة، تحمي الخلايا من تلف الميتوكوندريا.

مع مجموعة من الأدوار الكيميائية الحيوية المنسوبة إليه، بما في ذلك مرافق مُنظَّم بالأكسدة والاختزال، ومنظم نسخي، وغليوكسالاز، وبروتياز السيستين ، وهيدروليز حلقي 3-فوسفوجليسيريك أنهيدريد (cPGA)، لا تزال الوظيفة الدقيقة لجين DJ-1 غامضة.

مع ذلك، تشير بعض الحقائق حول DJ-1 إلى احتمال دوره الرئيسي كهيدرولاز cPGA. تتوافق هذه الوظيفة الأنزيمية تمامًا مع البنية الجزيئية لـ DJ-1، وقد يعكس نشاط إستريز DJ-1 المذكور سابقًا دوره في تحلل cPGA.

نظرًا لعدم استقراره، كان cPGA ركيزة صعبة العمل، مما يحد من فهمنا لدور DJ-1 في تحويل هذا الناتج الجانبي شديد التفاعل من تحلل الجلوكوز إلى 3-فوسفوجليسرات منزوع السمية (3PG).

ولحل هذا اللغز، قام فريق تعاوني من الباحثين بدمج المحاكاة الجزيئية مع الاختبارات الكيميائية الحيوية وكشف الآلية التحفيزية لتحلل cPGA بواسطة DJ-1.

يوضح ماتسودا، متحدثًا عن الدافع وراء دراستهم: "لقد اقتصرت التحليلات الطفرية لتحديد بقايا الأحماض الأمينية المهمة لنشاط هيدرولاز cPGA على C106، ولم يتم اقتراح أي نماذج هيكلية إما لمجمع cPGA–DJ-1 أو آلية التحلل المائي".

لتوضيح الآليات الجزيئية وراء هيدرولاز cPGA، فحص فريق البحث بنية مركب DJ-1 المتحد مع cPGA.

كشفت محاكاة الديناميكيات الجزيئية لهذا المركب عن الأحماض الأمينية الرئيسية المشاركة في جيب ارتباط DJ-1، وهي ضرورية لتحديد cPGA وارتباطه به.

بعد ذلك، قاموا بتحوير بقايا الأحماض الأمينية هذه لتوضيح الآلية الجزيئية لتحلل cPGA.

كشفت هذه التجارب أن بقايا E15 وE18 مهمة لتكوين جيب الارتباط التحفيزي وتكوين روابط هيدروجينية مع جزيء cPGA.

ساهمت بقايا G74 وG75 وC106 في تثبيت وتكوين وسيط رباعي السطوح في مسار التفاعل، بينما حددت بقايا A107 وP158 تكوين الروابط الهيدروجينية مع المجموعات الجزيئية على cPGA وتكوين جيوب ارتباط cPGA، على التوالي.

الأهم من ذلك، أظهر الباحثون أن حذف الطفرات P158 والطفرات غير المتماثلة في A107 - والمُسجلة أيضًا في مرض باركنسون الوراثي - ألغى تمامًا نشاط تحلل cPGA لـ DJ-1 في المختبر، مما يؤكد الآثار المرضية الفسيولوجية لـ DJ-1. بناءً على هذه النتائج، اقترح فريق البحث نموذج تفاعل جزيئي جديد من ست خطوات لنشاط هيدرولاز DJ-1.

لدراسة الأهمية الفسيولوجية لـ DJ-1، قارن الفريق تحلل cPGA في الخلايا البرية وخلايا DJ-1 المُعطَّلة.

انخفض نشاط هيدرولاز cPGA بشكل ملحوظ في الخلايا التي تعاني من نقص DJ-1، مما أدى إلى تراكم نواتج أيضية معدلة بـ cPGA في الخلايا. يشير هذا إلى أن cPGA هو الهدف الفسيولوجي الرئيسي من بين ركائز DJ-1 المُبلَّغ عنها، وأن الطفرات المُلاحَظة قد تُؤدي إلى فقدان كامل لوظيفة تحلل cPGA.

وفي تلخيص لنتائج فريق البحث، خلص موريواكي وماتسودا إلى: "نعتقد أن النموذج الجزيئي المقدم في بحثنا سيوفر رؤى قوية للدراسات الوظيفية المستقبلية لـ DJ-1 وسيعزز فهمنا للمرض الذي يؤدي إلى مرض باركنسون الوراثي".