كل الكائنات الحية ، بما في ذلك الناس ، تحتاج إلى الزنك في وجباتهم الغذائية. إن الحصول على القليل من هذا المعدن الأساسي يمكن أن يضعف النمو ويسبب ضعف المناعة والاضطرابات العصبية والسرطان. لسوء الحظ ، فإن أكثر من 17 ٪ من سكان العالم معرضون لخطر نقص الزنك. تعتبر منظمة الصحة العالمية هذا النوع من سوء التغذية المرتبط بالمغذيات الدقيقة وهو مساهم رائد في المرض والموت.
بعد تناول وجبة ، يتم تناول الزنك بواسطة خلايا جسمك. داخل كل خلية ، يرتبط الزنك بالبروتينات لدعم هيكلها ووظائفها. يقدر الباحثون أن ما يصل إلى 10 ٪ من جميع البروتينات تحتاج إلى أن تعمل الزنك بشكل صحيح. في هذا المعنى ، يشبه بروتين الزنك بدون زنك سيارة بدون محرك أو بدون مسامير تجمعها معًا: إما قد لا تعمل أو تفكك تمامًا.
على الرغم من أهمية الزنك لصحة الإنسان ، فإن العديد من جوانب كيفية دعم العمليات الخلوية لا يتم فهمها تمامًا ، بما في ذلك كيفية دمجها في البروتينات الأساسية لوظيفة الخلية في المقام الأول.
نظرًا لأن الباحثين الذين يدرسون كيفية عمل المعادن في النظم البيولوجية مثل جسم الإنسان ، أردنا أن نفهم كيف يتم توزيع الزنك داخل الخلية. ما هي البروتينات في الخلية تحصل على الزنك أولاً ، خاصة إذا لم يكن هناك ما يكفي للالتفاف؟ كيف يصل الزنك إلى هذه البروتينات المهمة؟
مع زملائنا في مختبر سكار في المركز الطبي بجامعة فاندربيلت ومختبر جايدروك بجامعة إنديانا ، في عام 2022 ، حددنا أول جزيء معروف يقدم الزنك للبروتينات الحاسمة.
توصيل الزنك إلى حيث يحتاج إلى الذهاب
بدأنا بالتحقيق في الجزيئات التي تنتجها الخلية عندما تكون مستويات الزنك منخفضة. بدت عائلة واحدة من البروتينات مثيرة للاهتمام بشكل خاص لأنها تبدو كما لو أنها قد تكون metallochaperone محتملة ، وهو بروتين يقوم بشكل انتقائي بإدخال المعادن ، مثل الزنك والحديد ، إلى بروتينات أخرى. قمنا بتسمية هذه البروتين عائلة ZnG1.
كما اتضح ، فإن جميع الفقاريات لديها الجين الذي يوجه الخلايا لإنتاج ZnG1. بينما يتفاعل ZnG1 مع العديد من البروتينات التي تربط الزنك ، واحد على وجه الخصوص ، بروتين يسمى Metap1 ، لفت انتباهنا. من المعروف أن METAP1 ينشط العديد من البروتينات الأساسية الأخرى داخل الخلية. لا يمكن للخلايا دون عمل بروتينات metap البقاء على قيد الحياة.
لقد افتاقنا Metap1 لأنه يتفاعل مع بروتينات ZnG1 عبر الأنواع – من بينها الزرد والفئران والأشخاص. تشير النتيجة إلى أنه تم الحفاظ على العلاقة بين هذين البروتينين لأكثر من 400 مليون عام من التطور ، مما يعني أن دور ZNG1 الداعم في وظيفة Metap1 مهم في جميع الكائنات الحية التي تنتج هذه البروتينات.
لدراسة الدور الذي يلعبه ZnG1 في صحة الحيوان ، تحورنا ترميز الجينات لـ ZnG1 في الفئران والزرد. عندما تم حرمان الحيوانات بدون ZnG1 من الزنك ، فشلت إما في النمو أو عرض عيوب النمو. على الرغم من أن الحيوانات لا تزال لديها كميات ضئيلة من الزنك ، إلا أنها لم تتمكن من استخدام الزنك بشكل صحيح. أكد هذا أن ZnG1 يساعد على عمل metap1 بشكل صحيح ، على الأرجح من خلال مساعدته في ربط الزنك أو استخدامه.
باستخدام التصوير الجزيئي والطرق الأخرى ، لاحظنا أيضًا أن الميتوكوندريا المنتجة للطاقة لخلايا الماوس المتجاعة من الزنك دون عمل بروتينات ZnG1 لم تكن تعمل بشكل صحيح. هذا يسلط الضوء على أهمية ZNG1 خلال فترات نقص الزنك من خلال مساعدة الخلية في تخصيص مستويات تتبع هذا المعدن الأساسي للميتوكوندريا والحفاظ على إنتاج الطاقة الخلوية في نهاية المطاف.
قد يحمل ZnG1 مفتاح نقص الزنك
نعتقد أن هذا البحث هو مجرد الخطوة الأولى لفهم أفضل لكيفية الحفاظ على صحة الزنك والوظيفة الخلوية عندما تكون مستويات الزنك منخفضة.
نحن نفترض أن ZnG1 يدعم وظيفة البروتينات الإضافية المعتمدة على الزنك في الخلية. وبهذه الطريقة ، سيكون ZnG1 حارس البوابة الذي يوزع الزنك على شبكة من البروتينات الأساسية ، مما يسمح في النهاية بالكائن الحي إلى البقاء 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 مزيد من الأبحاث حول البروتينات التي يعطيها ZnG1 بشكل تفضيلي الزنك عندما لا يكون هناك ما يكفي متاحًا في تحديد العمليات الخلوية الأكثر أهمية للحفاظ على الحياة عندما يكون الزنك محدودًا. وهذا بدوره يمكن أن يساعد في مكافحة العواقب الصحية السلبية لنقص الزنك.
يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة ، وهي مؤسسة إخبارية مستقلة غير ربحية تجلب لك الحقائق والتحليلات الجديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتبه: آندي فايس ، جامعة فاندربيلت و Caitlin Murdoch ، جامعة فاندربيلت
اقرأ المزيد:
يتلقى آندي فايس تمويلًا من زمالة جمعية القلب الأمريكية بعد الدكتوراه والمعاهد الوطنية للصحة T32 و F32.
تتلقى Caitlin Murdoch تمويلًا من المعاهد الوطنية للصحة T32 و F32