تحتاج جميع الكائنات الحية، بما في ذلك البشر، إلى الزنك في نظامها الغذائي. الحصول على القليل جدًا من هذا المعدن الأساسي يمكن أن يضعف النمو ويسبب خللًا في المناعة واضطرابات عصبية والسرطان. ولسوء الحظ، فإن أكثر من 17% من سكان العالم معرضون لخطر نقص الزنك. وتعتبر منظمة الصحة العالمية هذا النوع من سوء التغذية المرتبط بالمغذيات الدقيقة مساهمًا رئيسيًا في المرض والوفاة.
بعد تناول وجبة الطعام، تمتص خلايا الجسم الزنك. داخل كل خلية، يرتبط الزنك بالبروتينات لدعم بنيتها ووظيفتها. يقدر الباحثون أن ما يصل إلى 10% من جميع البروتينات تحتاج إلى الزنك لتعمل بشكل صحيح. وبهذا المعنى، فإن بروتين الزنك بدون الزنك يشبه السيارة بدون محرك أو بدون براغي تربطها معًا: إما أنها قد لا تعمل أو تتفكك تمامًا.
على الرغم من أهمية الزنك لصحة الإنسان، إلا أن العديد من الجوانب المتعلقة بكيفية دعمه للعمليات الخلوية ليست مفهومة تمامًا، بما في ذلك كيفية دمجه في البروتينات الأساسية لوظيفة الخلية في المقام الأول.
كباحثين يدرسون كيفية عمل المعادن في الأنظمة البيولوجية مثل جسم الإنسان، أردنا أن نفهم كيفية توزيع الزنك داخل الخلية. ما هي البروتينات الموجودة في الخلية التي تحصل على الزنك أولاً، خاصة إذا لم يكن هناك ما يكفي منه؟ كيف يصل الزنك إلى هذه البروتينات المهمة؟
مع زملائنا في مختبر سكار في المركز الطبي بجامعة فاندربيلت ومختبر جيدروك في جامعة إنديانا، حددنا في عام 2022 أول جزيء معروف يوصل الزنك إلى البروتينات المهمة.
توصيل الزنك إلى حيث يجب أن يذهب
لقد بدأنا بدراسة الجزيئات التي تنتجها الخلية عندما تكون مستويات الزنك منخفضة. بدت عائلة واحدة من البروتينات مثيرة للاهتمام بشكل خاص لأنها بدت كما لو أنها من الممكن أن تكون ميتالوكابيرون، وهو بروتين يقوم بشكل انتقائي بإدراج المعادن، مثل الزنك والحديد، في بروتينات أخرى. قمنا بتسمية عائلة البروتين هذه ZNG1.
وكما تبين، فإن جميع الفقاريات لديها الجين الذي يوجه الخلايا لإنتاج ZNG1. بينما يتفاعل ZNG1 مع العديد من البروتينات التي تربط الزنك، لفت انتباهنا بروتين واحد على وجه الخصوص، يسمى METAP1. ومن المعروف أن METAP1 ينشط العديد من البروتينات الأساسية الأخرى داخل الخلية. لا يمكن للخلايا التي لا تحتوي على بروتينات METAP العاملة أن تبقى على قيد الحياة.
لقد أثار اهتمامنا بروتين METAP1، لأنه يتفاعل مع بروتينات ZNG1 عبر الأنواع، ومن بينها أسماك الزرد، والفئران، والبشر. تشير النتائج إلى أن العلاقة بين هذين البروتينين قد تم الحفاظ عليها لأكثر من 400 مليون سنة من التطور، مما يعني أن الدور الداعم لـ ZNG1 في وظيفة METAP1 مهم في جميع الكائنات الحية التي تنتج هذه البروتينات.
ولدراسة الدور الذي يلعبه ZNG1 في صحة الحيوان، قمنا بتغيير الترميز الجيني لـ ZNG1 في الفئران وأسماك الزرد. وعندما حُرمت الحيوانات التي لا تحتوي على ZNG1 من الزنك، فإنها إما فشلت في النمو أو أظهرت عيوبًا في النمو. على الرغم من أن الحيوانات لا تزال لديها كميات ضئيلة من الزنك، إلا أنها لم تتمكن من استخدام الزنك بشكل صحيح. وهذا يؤكد أن ZNG1 يساعد METAP1 على العمل بشكل صحيح، على الأرجح من خلال مساعدته على الارتباط بالزنك أو استخدامه.
وباستخدام التصوير الجزيئي وطرق أخرى، لاحظنا أيضًا أن الميتوكوندريا المنتجة للطاقة في خلايا الفئران المتعطشة للزنك، والتي لا تحتوي على بروتينات ZNG1 العاملة، لم تكن تعمل بشكل صحيح. وهذا يسلط الضوء على أهمية ZNG1 خلال فترات نقص الزنك من خلال مساعدة الخلية على تخصيص مستويات ضئيلة من هذا المعدن الأساسي للميتوكوندريا والحفاظ في النهاية على إنتاج الطاقة الخلوية.
قد يحمل ZNG1 مفتاح نقص الزنك
نعتقد أن هذا البحث هو مجرد خطوة أولى نحو فهم أفضل لكيفية الحفاظ على مركبات الزنك المعدنية في الصحة والوظيفة الخلوية عندما تكون مستويات الزنك منخفضة.
نحن نفترض أن ZNG1 يدعم وظيفة البروتينات الإضافية المعتمدة على الزنك في الخلية. وبهذه الطريقة، سيكون ZNG1 هو حارس البوابة الذي يوزع الزنك على شبكة من البروتينات الأساسية، مما يسمح في النهاية للكائن الحي بالبقاء على قيد الحياة حتى لو كان الزنك الغذائي محدودًا.
يمهد هذا البحث الطريق لفهم كيفية استخدام الخلايا للزنك خلال فترات سوء التغذية أو نقص الزنك. يمكن أن تساعد الأبحاث الإضافية حول البروتينات التي يمنحها ZNG1 الزنك بشكل تفضيلي عندما لا يكون هناك ما يكفي منه، في تحديد العمليات الخلوية الأكثر أهمية للحفاظ على الحياة عندما يكون الزنك محدودًا. وهذا بدوره يمكن أن يساعد في مكافحة العواقب الصحية السلبية الناجمة عن نقص الزنك.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: أندي فايس، جامعة فاندربيلت وكيتلين مردوخ، جامعة فاندربيلت
اقرأ المزيد:
يتلقى آندي فايس تمويلًا من زمالة ما بعد الدكتوراه التابعة لجمعية القلب الأمريكية ومنحة المعاهد الوطنية للصحة T32 وF32.
تتلقى كيتلين مردوخ تمويلًا من زمالات المعاهد الوطنية للصحة T32 وF32