مسارات الاخرى للـ  Mitogen-activated protein kinases (MAPK) في الخمائر

مسار التزاوج والاستجابة للفرمونات

خلايا خميرة الخبز المتبرعمة اما توجد فردانية الكروموسومات Haploid او مزدوجة الكروموسومات Diploid. والخلايا الفردانية اما تكون α او a والخلايا الاخيرة المختلفة يمكنها التزاوج والالتحام لتكوين خلايا مزدوجة الكروموسومات. وتتم عملية التزاوج بإطلاق جزيئات الفرمونات المكونة من بيبتيدات صغيرة وتسمى a- factor من الخلايا MATa والعامل الفا من الخلايا MAT α ، وكل منهما تؤثر على الخلايا المعاكسة لتهيئة الخلايا للتزاوج. وعند استجابة الخلايا للتزاوج تحدث بعض الاحداث منها :

•        استقطاب النمو في الخلية تجاه الخلية الاخرى.

•        ايقاف دورة الخلية عند المرحلة G1.

•        زيادة في التعبير عن البروتينات اللازمة لالتصاق الخلايا وكذلك البروتينات اللازمة للاندماج النووي.

وتؤثر الفرمونات بواسطة مسارات MAPK الذي تتداخل بروتيناته للقيام بنقل اشارات التعبير عن الجينات المطلوبة وهي الموضحة في الشكل (1)

شكل 1 : مسار التزاوج والاستجابة للفرمونات في الخمائر

وتحصل تغييرات في الخلايا فيتأثر الهيكل الخلوي اذ يعاد ترتيبه في بعض المناطق، اي ان الاشارات والاستجابة تعمل على اعادة تنظيم الاكتين في الهيكل الخلوي مما يؤدي الى التغييرات المورفولوجية المرتبطة بالاستجابة للفرمونات. كما ان مستلمات الفرمونات التي تقع في الغشاء تستهدف الجينات في النواة مما يعني تكون معقدات وحركتها عبر الغشاء النووي وصولا الى النواة التي يعتقد انها تتم ببروتينات مكيفة. ويلعب MAPK دورا مهما في ايقاف دورة الخلية استجابة للفرمونات وذلك لان تزاوج اثنين من الخلايا الفردانية يجب ان تكون في مرحلة متزامنة من دورة الخلية، وكل واحدة منهم تساهم بـ (n) من الكروموسومات لتكوين اللاقحة Zygote ذو العدد المزدوج من الكروموسومات.

ومعاملة الخلايا بالفرمونات تؤدي الى ايقاف الخلايا في مكان قبيل عملية التبرعم وعملية بدا تخليق DNA اي توقف كخلية غير متبرعمه وبها (n) من DNA او الكروموسومات. والتوقف عند المرحلة G1 لا يعني توقف النمو او تثبيطه وإنما تحصل اعادة توجيه لعمليات لتكوين نتوءات التزاوج.

وبذا تتذبذب مكونات MAPK  اذ تزداد في بداية مرحلة G1 وتنخفض عند نهايتها، وهذا التذبذب ينظم بـ G1 cyclins. والاحداث تكون على مقياس زمني محدد، فالمدة بين الحث ونقل الاشارة وظهور الاستجابة تتراوح بين 1.5 – 3 ساعة والتي تتوقف أثناءها دورة الخلية.

وفي الخلايا الحيوانية تكون حركة المعقدات الى داخل النواة تحت تحفيز عامل النمو وهذا يعني ان الحركة تشمل انفكاك المعقد السايتوبلازمي من MAPK المفسفر (MEK او MAPKK)، ولذلك يظهر MEK في السايتوبلازم بعد معاملة الخلايا بعامل النمو، ولكن في بعض الأحيان فان MEK يحث ويتحرك من السايتوبلازم الى النواة بعد المعاملة او التحفيز بعامل النمو. واذا كان هناك طفرة في موقع اشارة التصدير الى النواة Nuclear export signal او مواقع الفعالية في MEK تؤدي الى تعطيل احد الفعاليات وخاصة موقع اشارة التصدير للنواة فان ذلك يحفز حصول تغيرات شكلية معتمدة على MEK وتوليد الأورام الخبيثة.

مسار سلامة الخلية Cell integrity pathway

ويسمى أيضاً مسار كاينيز البروتين المذكور سابقا. ويتوسط MAPK بتفاعلاته المتسلسلة في خلايا الخميرة للحفاظ على سلامة الخلايا، والمسار موضح في الشكل (2).

ويساعد المسار في الحفاظ على احداث دورة الخلية بالاستمرار بالترتيب المرسوم لها، اضافة الى استجابتها لمختلف الاشارات مثل الحرارة، والتغير بالضغط التنافذي الخارجي، استلام اشارات الفرمونات المتمثلة باستجابة الخلايا للتزاوج ونمو نتوءات التزاوج. وبروتينات الاشارة العاملة في المسار هي البروتينات التي ترتبط بـGTP مثل كاينيز البروتين (PKC1p) C.

ويتصل المسار بعدة تفرعات ويشترك مع مسارات اخرى. وبروتينات الغشاء المسئولة عن استلام اشارات المسار كما موضح في الشكل هي Wsc 1p ، والمسار يشابه ذاك الموجود في الخلايا الحيوانية وينظم نمو تكاثر الخلايا، ولكنه يغلق عند اندماج الخلايا في حالة التزاوج ولكن بشكل مؤقت.

وفي الحالة الطبيعية لمسار الخلية يحدث التبرعم في المرحلة الانتقالية بين G1 وطور تخليق (S) DNA بعد عبور نقطة السيطرة START والتي تحتاج الى عدد من الكاينيزات المعتمدة على المدورات Cyclin – dependent kinases مع G1 cyclins والتي عندها يحصل انتساخ للجينات العاملة في بناء الجدار الخلوي.

 شكل 2 : مسار سلامة الخلية في الخمائر

ولمسار سلامة الخلية تأثيرات على النواحي الفسلجية، فتفعيل مسار سلامة الخلية يؤدي الى زيادة ايون الكاليسيوم الذي يساعد الخلايا في تحسسها للحرارة، كما انه يساعد في استجابة الخلايا لفرمونات التزاوج والمشاركة في استجابة الخلايا عند هبوط الضغط التنافذي اضافة الى انجاح الحالة الانتقالية من مرحلة G1  الى طور التخليق S في دورة الخلية. ولهذا يلاحظ ان هناك تناسقا بين فعالية مسار سلامة الخلية مع المسارات التي يشارك فيها ايون الكاليسيوم، ولذلك تموت الخلايا التي اعطب فيها Calcineurin (وهو بروتين يعمل في مجال التنظيم ويعتمد على ايون الكاليسيوم في فعاليته)، اذ يتلاشى منها الكاليسيوم وتموت عند معاملتها بالفرمونات، وكذلك الحال في الخلايا التي تكون فيها المسارات التي يشارك فيها الكاليسيوم سليمة ولكن مسار سلامة الخلية منقوص فانها تموت عند المعاملة بالفرمونات مما يشير الى اشتراك الاثنين بشكل متوازي في بعض اجزاء المسار.

مسار تجميع جدار البوغ

وهو مسار اخر يشارك فيه MAPK. فخلايا الخميرة مزدوجة الكروموسومات التي تنتج بعد التزاوج او عند تعرضها للمجاعة او نقص النتروجين وقلة مصادر الكاربون القابلة للتخمر تقوم بتكوين الأبواغ التي تكون مقاومة لعدد من الظروف غير الملائمة. وعملية تكوين الابواغ عملية معقدة جدا وتحدث بعدة خطوات، وفيها تحسب الخلايا من دورة الخلية وتحصل فيها عدة أحداث وتغيرات متتابعة تشمل التعبير عن عدد من الجينات ثم تعاني من الانقسام الاختزالي II , I ، ثم تلي ذلك عملية تجميع مكونات جدار البوغ حول اربعة أنوية فردانية وتتم هذه التغييرات بواسطة عدد من البروتينات ويلعب مسار MAPK دورا مهما في تجميع جدار البوغ.

وفي نهاية العملية ينتج جدار البوغ المتكون من عدة طبقات، اثنان داخلية مكونة من الكلايكان Glycan والكايتين، وطبقة خارجية تحوي على بروتينات مرتبطة بالتايروسين Dityrosine - linked proteins تتجمع حول الانوية الفردانية الأربعة داخل الخلية الواحدة وكل منها بوغ كيسي Ascospore ويكون تكوين هذه الطبقات مرتبط بنمط زمني محدد بفاعلية MAPK.

مسار تكوين الخيوط

تعاني الخمائر من تغيرات مورفولوجية تحت ظروف معينة ضمن ظاهرة تغيير الاشكال الثنائي Dimorphism وتكون هايفات كاذبة وهي التي تنشأ بالتبرعم والتي تختلف عن الهايفات الحقيقية التي تتكون من استطالة طرفية للخلايا وحدوث انقسام يشبه الانشطار العادي. اما تكون الهايفات الكاذبة فيحدث في الخمائر مزدوجة الكروموسومات التي تنمو مكونة مستعمرات ذات حافات خشنة لتغزو الاوساط الغذائية، والمحفز لها هو نقص النتروجين بشكل رئيس، وان كانت هناك بعض العوامل التي تشجعه مثل تحسس بعض الفطريات للمؤثرات الميكانيكية الخارجية. ويحدث المسار بمشاركة MAPK الموضح في الشكل (3).

ويتم تنظيم تكوين الخيوط بتوالي خاص في DNA وهي العناصر المسئولة عن تكوين الخيوط والغزو (FRE) Filamentation and invasion response element وتكون الخيوط يحتاج الى تغيير موقع التبرعم من ثنائي القطب او غيره من المواقع الى تبرعم قطبي واحد Unipolar ويحتاج المسار متحسسات لنقل اشارة الجوع للنتروجين والذي يتم بواسطة بروتينات غشائية مثل Mep 2p وهو يشبه ناقلات الامونيوم ويشترك في نقل الاشارات الخاصة المعتمدة على النتروجين وهو من بروتينات التحسس Sensor proteins وتنقل الاشارات ببروتينات ترتبط الى GTP وهي Ras 2p ويليه Cdc4 2p الموضحة في الشكل المذكور.

شكل 3 : مسار تكوين الخيوط Filamentation في الخمائر

وتحدث عملية تكوين الخيوط في خميرة الخبز المزدوجة a / α تحت مجاعة النتروجين وهي استجابة منتشرة في الطبيعة، ويؤدي هذا الى تغيير مظهري وتغيير نمط التبرعم وتتحول الخلايا من الشكل البيضوي الى المستطيل وتتبرعم عند الاقطاب ولا تنفصل البراعم المكونة وانما تكون براعم ثانوية مؤدية الى تكوين سلسلة من الخلايا المتصلة مع بعضها ولهذا يمكن ان تغزو الاوساط المحيطة التي تنمو عليها مما يساعدها في الحصول على مواد غذائية أكثر. ويمكن ان يحصل غزو الاوساط من قبل الخلايا الفردانية a او α في المزارع القديمة عند قلة المواد الغذائية ولكن بشكل اقل من الخلايا مزدوجة الكروموسومات وتكون أيضاً تحت سيطرة MAPK.

ولظاهرة تغير الاشكال علاقة وثيقة بالامراضية والضراوة لبعض الخمائر خاصة C. albicans التي تمثل كائن انتهازي ممرض خاصة في الاشخاص معلولي المناعة والتي أصبحت من الاصابات المنتشرة في المستشفيات. وتكون الخلايا الفردانية غير ممرضة اما مزدوجة الكروموسومات فتكون مرضية.

ويعتمد تنيم الشكل الثنائي أيضاً على مستويات cAMP في الخلايا، فعند ارتفاع مستواه فانه يشجع النمو الخيطي. وعلى العموم فان تكون الخيوط يساعد الخلايا يساعد الخلايا على انتاج الانزيمات المحللة للحصول على المواد الغذائية تحت اجهاد المجاعة والتي تكون عادة مرافقة لزيادة امراضيتها بالنسبة للحيوانات وكذلك الحال مع الخمائر التي تصيب النباتات.

المصادر

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