تأثير الاجهادات في الخمائر المنشطرة

تمثل الخمائر المنشطرة وسائل دراسية ملائمة منها Schizosaccharomyces pombe لفهم الآليات والمسارات الجزيئية اذ ان كل الخلايا يمكن ان تشعر بالبيئة وتتفاعل معها بأنماط مختلفة. وهذه المجموعة من الاحياء حقيقية النواة التي تستعمل كمضايف لغرض انتاج البروتينات ومنها العلاجية للأحياء الراقية.

وتختلف طرق تنظيم الاستجابات في الخمائر المنشطرة عن تلك الخاصة بالخمائر المتبرعمة كما موضح في الشكل (1).

شكل 1 : الاختلافات في تنظيم الاستجابة للاجهادات المختلفة في الخمائر المنشطرة والخمائر المتبرعمة

والخميرة المنشطرة Sz. Pombe خلايا اسطوانية تنمو باستطالة الخلايا عن النهايات، ويحصل الانقسام الخلوي عندما تصل الخلايا حجم حرج والذي يكون ثابتا خلال دورات الخلية المتعاقبة تحت الظروف المتماثلة، وعند الانقسام يتكون حاجز وسطي يقسم الخلية الى خليتين بنوية متساوية. والانقسام يسيطر عليه بتنشيط الكاينيزات المعتمدة على المدورات (Cdk) التي تعد المنظمات الرئيسة للانقسام الخيطي. في الطور البيني يتكون Cdk ويبقى بشكل غير نشط بعد فسفرته بواسطة كاينيز التايروسين. وينشط (Cdc2) Cdk وذلك بإزالة الفوسفات بواسطة Cdc2 phosphatase ، وذلك لان تعريض الخمائر للاجهادات تحفز فيها استجابات عامة Core (CESR) environmental stress response والتي يسيطر عليها بـ MAPK والذي يسمى في هذه الخميرة Sty 1p وعامل الانتساخ Atf 1p . بالإضافة الى ذلك تحوي الخميرة على مسارات خاصة بإجهادات خاصة اقل اعتمادا على Sty 1p وتكون معتمدة على عوامل تنظيم خاصة بها.

والخميرة مثل باقي الاحياء التي تواجه البيئة بشكل مباشر وتعاني من العديد من التغيرات خاصة وانها لا تستطيع العيش تحت ظروف مثالية. وتعريض الخلايا لمستويات واطئة من العوامل المجهدة يؤدي الى توليد مقاومة وقتية او عابرة، والتطبع العابر يمكن ان يقود الى زيادة المقاومة لجرع اكبر وكذلك امكانية حصول مقاومة متداخلة لإجهادات اخرى، وهذا يشير الى ان ظاهرة الحماية المتداخلة لإجهادات مختلفة يمكن ان يحفز وينشط آليات متشابهة.

والمسار الرئيس في الخميرة المنشطرة كما ذكر آنفا هو Sty 1p ويفسفر بعدد من الاجهادات وتثبيط الكاينيز الذي يفسفره يؤدي الى ظهور حساسية متعددة Pleiotropic sensitivity وهذا يشير الى انه يعمل في الاستجابات العامة وهو مشابه للـ MAPK و HOG في خميرة الخبز المتبرعمة ومشابهاتها في احياء اخرى مثل JNK و P38. ولذلك يلاحظ ان كل من Sty 1p و JNK و P38 تحفز بإجهادات متعددة في حين ان HOG يحفز الاستجابة بإجهاد الضغط التنافذي. ويقوم Sty 1p بتنظيم عمليات الانتساخ المعتمدة على الاجهاد (على الاقل بشكل جزئي) بعامل الانتساخ (b – ZIP) Zn-finger transcription factor او Atf 1p وهذا يشبه ما يحدث في خلايا اللبائن عندما يتم التحفيز بالعامل ATF2، ويقوم Sty 1p بفسفرة Atf ثم ينتقل الاخيرة الى النواة لفتح التعبير عن الجينات الخاصة.

والاستجابة يمكن ان تساعد في التعبير عن حوالي 140 جين وكبح حوالي 100 جين. وتتفاوت درجات التعبير عن الجينات ومستوى البروتينات التي تنتجها، والبروتينات الناتجة تؤدي وظائف تحت اجهادات مختلفة ولكن هناك بروتينات لها وظائف عامة منها :

• بروتينات تعمل في ايض الكاربوهيدرات مثل تخليق التريهالوز والانزيمات العاملة في ايض الفركتوز وتخليق الانزيمات العاملة في تخليق المكافئات المختزلة NAD(P)H وتخليق انزيم Glucose dehydrogenase وانزيم Glycerol – 3p dehydrogenase

• المجموعة الثانية هي المسئولة عن الوسائل المضادة للأكسدة مثل الكتيليز و Glutathione reductase و Glutathione S- transferase و Glutaredoxin و Thioredoxin و Metathioneine والبروتيزات والانزيمات المسئولة عن التدمير Ubiquitination.

•    بروتينات الصدمة الحرارية.

•   بروتينات تشارك في اصلاح DNA.

•   جين يشفر لمستلم Benzodiazepine الذي يسيطر على تخليق الستيرويد في المايتوكوندريا والذي يشير الى دور المستلم في مقاومة الخلايا للاجهادات ويوضح الدور المحوري للمايتوكوندريا في مسارات المستحثة بالإجهادات.

وهناك مجموعة من الجينات العاملة في الاستجابة العامة تقوم بعمليات السيطرة على فعاليات بروتينات الاجهاد او تعمل في مجالات الاستجابات الثانوية كي تسهل عملية التطبع للإجهاد، وهي جينات تشفر لعوامل الانتساخ وكذلك جينات الاشارة Signal stress genes، وتشمل الجين المشفر لكاينيز البروتين (PKA) Protein kinase A الذي يلعب دورا في عمليات التنظيم بعد التعرض للإجهاد البيئي.

اما الجينات التي تكبح في مسارات الاستجابة العامة (والتي تقل بروتيناتها) تشمل حوالي 11 جين (المهمة)، وتعد الجينات مكبوحة فيما اذا قل التعبير عنها مرتين او أكثر لثلاثة من أنواع الاجهادات باستعمال طرق التقدير المعتمدة على DNA microarray والتي تقيس mRNA. ومن الجينات التي يقل التعبير عنها :

•   الجينات المسئولة عن تخليق الرايبوزومات و tRNA والبروتينات العاملة في معالجة RNA splicing وكذلك بعض البروتينات العاملة في بدء عملية الترجمة.

•  بعض بروتينات النقل.

•  تقليل انزيمات الانتساخ RNAP I , II , III.

•  بعض مكونات نقل الاشارات الخلوية.

•   البروتينات العاملة في تنظيم الهيكل الخلوي.

ومن المقارنة بين خميرة الخبز المتبرعمة والخميرة المنشطرة وجد أن عددا من الجينات تكون ثابتة ومحافظ عليها من ناحية التعبير مما يشير الى العلاقة التطورية بين هذين الكائنين.

وتحوي الخميرة المنشطرة على استجابات متخصصة RSES المسئولة عن مجاميع ثانوية وخاصة من الاجهادات مثل Pap 1p وهو عامل انتساخ يعمل عند الاجهادات التأكسدية مثل التعرض لتراكيز واطئة من بيروكسيد الهيدروجين ولكن عند التراكيز العالية من البيروكسيد يكون عامل الانتساخ Atf 1p وهو الفعال. واضافة الى اجهاد الاكسدة فان Pap 1p يساعد في مقاومة الأدوية والمعادن الثقيلة.

واستجابات SESR المتخصصة تعمل في التطبع للإجهاد وتكون متخصصة بإجهاد واحد في احيان اخرى تكون مشتركة بين نوعين او ثلاثة من الاجهادات، مثل تداخل تأثير بيروكسيد الهيدروجين والحرارة، او البيروكسيد مع الكادميوم، او تداخل الحرارة مع الكادميوم ويمكن ان يشترك تأثير بيروكسيد الهيدروجين مع بعض المواد المطفرة. وهذه المشاركات يمكن ان تشير الى ان الاجهادات قد تكون لها نتائج متشابهة على الخلايا مؤدية الى تحريك مجموعة جينات الدفاع نفسها. وبصورة عامة فان الاجهادات بالإضافة الى تأثيرها في التعبير عن الجينات فهي تؤثر على حركيات التعبير فالبعض تكون سريعة ولمدة قصيرة او غيرها من الأنماط.

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .