کشف فرایند دخیل در سلامت و عملکرد عضلات

01

از 06

درک پویایی پروتئین‌ها برای عملکرد عضلات

حرکت عضلات وابسته به تعامل بین دو پروتئین کلیدی اکتین و میوزین است. این پروتئین‌ها از کنار یکدیگر می‌گذرند تا نیروی مورد نیاز برای حرکت را تولید کنند.

در راستای عملکرد مؤثر این فرایند در عضلات، اکتین و میوزین باید به‌طور دقیق در سارکومر سازماندهی شوند. سارکومر واحد اساسی ساختاری و عملکردی سلول‌های عضلانی است.

این ترتیب برای حفظ سلامت عضلات، به ویژه در هنگام تمرین، دوره‌های استرس و افزایش سن بدن، حیاتی است.

02

از 06

ساختار سه‌بعدی میوزین

این پروتئین نیاز به همکاری چاپرون‌ها مانند UNC45 دارد تا شکل مناسب خود را به دست آورد.

03

از 06

نقش چاپرون‌ها در عملکرد عضلات

سلول‌ها برای اطمینان از تا شدن صحیح پروتئین‌ها از کمک مولکول‌های خاصی به نام چاپرون‌ها استفاده می‌کنند.

این چاپرون‌ها مانند همراه عمل و به پروتئین‌ها کمک می‌کنند تا درست تا شوند و شکل بگیرند. برای میوزین، که حدود 16 درصد از پروتئین‌های سلول‌های عضلانی را تشکیل می‌دهد، تا شدن صحیح بسیار مهم است.

یکی از چاپرون‌های مهم در این زمینه UNC45 است، که در تمام موجودات یوکاریوتی وجود دارد. UNC45 نقش حیاتی در شکل‌گیری میوزین و حفظ سلامت ساختار و عملکرد عضلات دارد.

این اهمیت به‌ ویژه در اختلالات عضلانی شدید که میوپاتی نامیده می‌شوند، قابل مشاهده است که می‌تواند ناشی از جهش در ژن UNC45 باشد.

چاپرون‌ UNC45 علاوه بر کمک به تا شدن درست میوزین، به شناسایی و حذف پروتئین‌های معیوب نیز کمک می‌کند و باعث می‌شود تنها میوزین‌های سالم در سلول‌های عضلانی باقی بمانند.

با وجود این، هنوز به طور کامل مکانیسم UNC45 مشخص نیست، که چگونه این دو نقش را در حفظ سلامت سلول‌های عضلانی ایفا می‌کند.

04

از 06

بینش‌های جدید در مکانیسم‌های سلامت عضلات

پژوهشگران نحوه عملکرد UNC45 را در هدایت میوزین‌های سالم و آسیب‌دیده کشف کرده‌اند. آنها متوجه شدند که UNC45 می‌تواند تشخیص دهد که کدام میوزین سالم است و کدام آسیب‌دیده می‌باشد.

همچنین بر اساس وضعیت آنها، میوزین‌ها را به مسیرهای درست برای ساخت یا تجزیه هدایت می‌کند. این تحقیق نشان می‌دهد که کنترل کیفیت میوزین می‌تواند با بیماری‌های عضلانی مرتبط باشد.

پروتئین‌های معیوب، از جمله میوزین، از طریق فرایندی به نام یوبی‌کویتیناسیون شناسایی و به سمت تجزیه شدن فرستاده می‌شوند.

در این فرایند، مولکولی به نام اوبیکیتین به پروتئین‌ها وصل می‌شود تا آنها را برای تجزیه علامت‌گذاری کند و فقط پروتئین‌های سالم باقی بمانند. این مکانیسم برای حفظ سلامت سلول‌های عضلانی ضروری است.

در این روند، UNC45 با یک پروتئین خاص به نام لیگاز اوبیکیتین E3 همکاری و کمک می‌کند تا میوزین‌های معیوب به مسیر تجزیه هدایت شوند.

05

از 06

تکنیک‌های پیشرفته، تعاملات پروتئینی را آشکار می‌کنند

برای درک چگونگی تشخیص UNC45 بین میوزین سالم و آسیب‌دیده، پژوهشگران از C. elegans که نوعی کرم نماتد است، استفاده کردند.

آنها از روش‌های پیشرفته مانند طیف‌سنجی جرمی کراس‌لینکینگ برای شناسایی نقاط اتصال دقیق بین UNC45 و میوزین بهره بردند.

این تکنیک پروتئین‌ها را به‌ طور شیمیایی به هم متصل و به دانشمندان کمک می‌کند تا بفهمند کجا و چگونه این پروتئین‌ها به هم وصل می‌شوند.

آنتونیا فوگل، یکی از محققان این مطالعه گفت: «چاپرون UNC45 می‌تواند هم با میوزین‌های سالم و هم با میوزین‌های آسیب‌دیده تعامل کند و این تعامل‌ها ترکیبات متفاوتی را ایجاد می‌نماید. این ترکیبات تعیین می‌کنند که آیا میوزین سالم است یا خیر. ترکیبی که به درستی تاشده، برای تجزیه علامت‌گذاری نمی‌شود، در حالی که میوزین‌های اشتباه تاشده برای تجزیه علامت‌گذاری می‌شوند.»

وی تصریح کرد: «ما متوجه شدیم که چگونه بخش‌های مختلف سیستم کنترل کیفیت پروتئین در سلول‌های عضلانی با هم کار می‌کنند تا تصمیم بگیرند که آیا پروتئین به درستی تاشده یا باید از بین برود.»

برای درک دقیق‌تر نحوه تعامل میوزین و UNC45 در سطح ساختاری، پژوهشگران از کریستالوگرافی اشعه ایکس استفاده کردند.

در این روش، پروتئین‌ها ابتدا به کریستال تبدیل و سپس پرتوهای پرانرژی به آنها تابیده می‌شود تا ساختار آنها مشخص گردد.

رناتو ارنس، از دیگر پژوهشگران این مطالعه عنوان کرد: «ما کشف کردیم که یک بخش خاص از میوزین به نام موتیف FX3HY نقش مهمی در جذب و اتصال به UNC45 دارد. این موتیف، سیگنالی است که در تمام موجودات یافت می‌شود و به شناسایی میوزین سالم کمک می‌کند.»

06

از 06

ارتباط بین کنترل کیفیت میوزین و میوپاتی‌ها

این تعامل چاپرون-پروتئین نه تنها برای عملکرد درست سلول‌ها ضروری است، بلکه در بیماری‌های انسانی نیز نقش دارد.

رناتو ارنس توضیح داد: «چندین جهش در ناحیه خاصی از UNC45 باعث می‌شود که این پروتئین نتواند به میوزین متصل شود و در نتیجه، میوزین به شکل صحیح خود نمی‌رسد. همچنین یک جهش در بخش FX3HY میوزین با میوپاتی‌های شدید، مانند سندرم فریمن شلدون (FSS)، ارتباط دارد.»

محققان گفتند: «یافته‌های ما اولین ارتباط مستقیم بین مشکلات کنترل کیفیت میوزین و شروع میوپاتی‌ها را نشان می‌دهد. اینکه جهش‌های مشابه در میوزین و UNC45 که باعث بیماری‌های انسانی می‌شوند، در کرم‌های C. elegans نیز مشاهده می‌شود، این کرم‌ها را برای مطالعه چنین بیماری‌هایی مفید می‌کند.»

این تحقیق راه را برای درک بهتر چگونگی عملکرد دیگر چاپرون‌ها هموار می‌نماید و بررسی می‌کند که آیا مشکلات در کنترل کیفیت پروتئین‌ها می‌تواند عامل بیماری‌های عضلانی دیگر باشد یا خیر.

این یافته‌ها در مجله Nature Communications منتشر شده است.