دراسة تؤكد دور جين DJ-1 في مرض باركنسون

يُسبب جين متحور يُسمى DJ-1 شكلاً متنحيًا من مرض باركنسون، إلا أن الآلية الجزيئية لا تزال غير مفهومة جيدًا. لفهم كيفية تحليل DJ-1 لأنهيدريد 3-فوسفوجليسريك الحلقي، وهو مُستقلب خلوي سام وشديد التفاعل، أجرى باحثون في اليابان محاكاة جزيئية وتحليلات كيميائية حيوية، بما في ذلك تحليل 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 للدراسات الوظيفية المستقبلية لـ DJ-1. نُشرت الدراسة في مجلة علم الأحياء الخلوي.

جين DJ-1/PARK7، المرتبط بنوع وراثي متنحي من مرض باركنسون، يُشفِّر بروتين DJ-1، الذي يمتلك نشاطًا مضادًا للأكسدة ويحمي الخلايا من تلف الميتوكوندريا. وقد نُسبت إليه مجموعة واسعة من الوظائف الكيميائية الحيوية - من مرافق مُنظَّم بالأكسدة والاختزال، ومنظم نسخي، إلى غليوكسيليز، وبروتياز السيستين، وهيدروليز 3-فوسفوجليسريك أنهيدريد الحلقي (cPGA) - إلا أن وظيفته الدقيقة لا تزال غير واضحة.

مع ذلك، تشير العديد من الحقائق حول DJ-1 إلى أن دوره الرئيسي قد يكون في تحلل cPGA المائي. تتوافق هذه الوظيفة الأنزيمية مع البنية الجزيئية لـ DJ-1، وقد يعكس نشاط الإستر المُبلّغ عنه سابقًا دوره في تحلل cPGA المائي. يُصعّب عدم استقرار cPGA استخدام هذه الركيزة تجريبيًا، مما حدّ من فهمنا لدور DJ-1 في تحويل هذا الناتج الثانوي التفاعلي لتحلل الجلوكوز إلى 3-فوسفوجليسرات منزوع السمية (3PG).

ولحل هذا اللغز، قام فريق من الباحثين بقيادة البروفيسور نوريوكي ماتسودا والأستاذ المساعد يوشيتاكا موريواكي من معهد الدراسات المتكاملة في طوكيو للعلوم، بدمج المحاكاة الجزيئية مع التحليلات الكيميائية الحيوية وكشفوا عن الآلية التحفيزية لتحلل cPGA بواسطة البروتين DJ-1.

يوضح ماتسودا، واصفًا الدافع وراء دراسته، "إن التحليل الطفري الذي يهدف إلى تحديد بقايا الأحماض الأمينية المهمة لنشاط هيدرولاز cPGA كان حتى الآن محدودًا بالبقايا C106، ولم يتم اقتراح نموذج هيكلي لمجمع cPGA–DJ-1 أو آلية التحلل المائي".

لتوضيح الآلية الجزيئية لتحلل cPGA، درس الفريق بنية مركب DJ-1 مع cPGA. كشفت عمليات محاكاة الديناميكيات الجزيئية لهذا المركب عن الأحماض الأمينية الرئيسية التي تُشكل "موقع ارتباط" DJ-1، وهي المسؤولة عن التعرف على cPGA وارتباطه.

ثم قاموا بتحوير بقايا الأحماض الأمينية هذه لتوضيح تفاصيل آلية تحلل cPGA. كشفت هذه التجارب أن البقايا E15 وE18 كانتا مهمتين لتكوين الجيب التحفيزي وتكوين روابط هيدروجينية مع جزيء cPGA. وشاركت البقايا G74 وG75 وC106 في تثبيت وتكوين الوسيط رباعي السطوح في مسار التفاعل، بينما حددت البقايا A107 وP158 تكوين الروابط الهيدروجينية مع المجموعات الوظيفية cPGA وتكوين موقع ارتباط cPGA، على التوالي.

الأهم من ذلك، أظهر الباحثون أن حذف P158 وطفرة في A107 (موجودة أيضًا في مرض باركنسون العائلي) ألغيا تمامًا نشاط هيدرولاز DJ-1 تجاه cPGA في المختبر، مما يؤكد العواقب المرضية لطفرات DJ-1. بناءً على هذه النتائج، اقترح الفريق نموذجًا جزيئيًا جديدًا من ست خطوات لتفاعل هيدرولاز DJ-1.

لتقييم الأهمية الفسيولوجية لـ DJ-1، قارن الباحثون نشاط هيدرولاز cPGA في الخلايا البرية وخلايا DJ-1 المُعطَّلة. في خلايا DJ-1 المُعطَّلة، انخفض نشاط هيدرولاز cPGA بشكل ملحوظ، مما أدى إلى تراكم نواتج أيضية مُعَدَّلة بـ cPGA. يشير هذا إلى أن cPGA هو الهدف الفسيولوجي الرئيسي لركائز DJ-1 المعروفة، وأن الطفرات المُلاحَظة تُؤدي إلى فقدان كامل لوظيفة تحلل cPGA.

وفي تلخيص لنتائجهما، خلص موريواكي وماتسودا إلى ما يلي:

"نعتقد أن الآلية الجزيئية التي نقدمها ستوفر أساسًا متينًا للدراسات الوظيفية المستقبلية لـ DJ-1 وستعمق فهمنا لمرض باركنسون الوراثي."