Quantitative characterization of PP2A-derived peptides modulating the LRRK2:PP2A protein-protein interaction

يعد مرض باركنسون حالة تدريجية تؤدي ببطء إلى تآكل قدرة الدماغ على التحكم في الحركة، مما يؤثر على الملايين من الناس حول العالم. حالياً، لا يوجد علاج يمكنه إيقاف مسار المرض أو عكسه؛ إذ تكتفي العلاجات الموجودة بإدارة الأعراض فقط. ويكمن خيط رئيسي لفهم ما يسوء في بروتين يسمى LRRK2. ففي كثير من حالات باركنسون، يصبح هذا البروتين مفرط النشاط، مما يؤدي إلى موت خلايا الدماغ. ويتم التحكم في نشاط LRRK2 عبر مفتاح كيميائي: فعندما يتم وسم أجزاء معينة من البروتين بمجموعات فوسفات، يظل هادئاً وفي المكان الصحيح داخل الخلية. وعندما تُزال هذه الوسوم، يصبح البروتين مفرط النشاط وينتقل إلى مواقع خطيرة. والآلية الخلوية المسؤولة عن إزالة هذه الوسوم هي مجموعة من الإنزيمات تُعرف باسم الفوسفاتاز (phosphatases)، وتحديداً فريق يسمى PP2A. وإذا استطاع العلماء منع PP2A من التفاعل مع LRRK2، فقد يتمكنون من إبقاء وسوم الفوسفات الواقية في مكانها، مما قد يؤدي إلى إبطاء المرض. ومع ذلك، فإن مجرد إيقاف تشغيل PP2A أمر خطير للغاية لأنه ضروري للعديد من الوظائف الصحية الأخرى في الجسم. ويكمكم التحدي في إيجاد طريقة لمنع "المصافحة" المحددة بين LRRK2 وPP2A دون إزعاج بقية الخلية.

لقد اتخذ الباحثون في جامعة ليل في فرنسا خطوة كبيرة نحو حل هذه المشكلة من خلال تحديد واختبار قطع صغيرة من بروتين PP2A تعمل كأدوات خداع (decoys). ركز الفريق على سلسلتين قصيرتين محددتين من الأحماض الأمينية، وهي وحدات البناء للبروتينات، والمستمدة من إنزيم PP2A. أرادوا معرفة ما إذا كانت هذه السلاسل الصغيرة يمكن أن ترتبط بـ LLRK2 وتمنع إنزيم PP2A الكامل من الالتصاق به. وباستخدام تقنية حساسة تقيس مدى قوة التصاق الجزيئات ببعضها، وجد العلماء أن هذه السلاسل الببتيدية ترتبط بالفعل بـ LRRK2. وقد ارتبطت إحدى السلاسل، وتسمى HT16، بقوة تشير إلى أنها قد تكون أداة مفيدة لتطوير الأدوية، بينما ارتبطت السلسلة الأخرى، QA16، بشكل أضعف بمفردها.

جاء الاكتشاف الأكثر إثارة للدهشة عندما اختبر الباحثون ما يحدث عند وجود السلسلتين في آن واحد. فبدلاً من مجرد إضافة تأثيراتهما الفردية، عملت السلسلتان بطريقة تعاونية. فعند خلط كلتيهما مع LRRK2، زادت قوة الارتباط بشكل كبير، لتصبح أقوى بسبع مرات مما كانت عليه عند اختبار كل منهما على حدة. ويشير هذا إلى أن السلسلتين تلتصقان بنقطتين مختلفتين في بروتين LRRK2، وعندما تلتصق إحداهما، فإنها تغير شكل البروتين بطريقة تجعل من السهل جداً التصاق السلسلة الثانية. ويلمح هذا السلوك التعاوني إلى أن النقطتين قريبتان من بعضهما البعض وتؤثران على بعضهما البعض، وهي ميزة يمكن استغلالها لتصميم مثبطات أكثر قوة في المستقبل.

ولرؤية ما إذا كانت هذه النتائج ستصمد في بيئة حية، انتقل الفريق من أنابيب الاختبار إلى خلايا بشرية مزروعة في المختبر. قاموا بإدخال السلاسل الببتيدية في هذه الخلايا وراقبوا ما إذا كان بإمكانها تعطيل الشراكة الطبيعية بين LRRK2 وPP2A. وأظهرت النتائج أن سلسلة QA16 كانت فعالة بشكل خاص، حيث نجحت في دفع إنزيم PP2A بعيداً عن LRRK2 في حوالي نصف الحالات. أما سلسلة HT16، فرغم أنها ارتبطت جيداً في أنبوب الاختبار، إلا أنها لم تظهر نفس القدرة على تفكيك المعقد داخل الخلية عند استخدامها بمفردها. ومع ذلك، عندما فحص الباحثون الشفرة الوراثية لإنزيم PP2A للتنبؤ بالمكان الذي تستقر فيه هذه السلاسل بالضبط، وجدوا أن السلسلتين تقعان على سطح البروتين بطريقة تجعلهما متاحتين للتفاعل. ومن خلال إجراء تغييرات صغيرة على بنية بروتين PP2A، أكد العلماء أن نقاطاً محددة في البروتين تعد حاسمة لهذا الارتباط، مما أثبت صحة فكرة أن هذه السلاسل الصغيرة هي بالفعل مفتاح هذا الاتصال.

كما استكشفت الدراسة ما إذا كان بإمكان هذه السلاسل الببتيدية منع فقدان وسوم الفوسفات الواقية من LLRK2. ففي الخلايا، استخدم الباحثون عقاراً لإجبار الخلايا على إزالة هذه الوسوم، محاكين الظروف المشاهدة في مرض باركنسون. وبينما لم تمنع السلاسل الببتيدية هذه العملية تماماً تحت الظروف المحددة التي تم اختبارها، إلا أن إحداهما أظهرت ميلاً للحفاظ على الوسوم عند بقاء الخلايا في حالة الراحة. ويشير هذا إلى أنه على الرغم من أن الببتيدات ليست علاجاً كاملاً بعد، إلا أن لديها القدرة على الحفاظ على الحالة الصحية للبروتين. واستخدم الباحثون نمذجة حاسوبية متقدمة لتصور كيفية تطابق البروتينات، وتحديد الذرات المحددة في إنزيم PP2A التي تعمل كنقاط ساخنة (hotspots) لهذا التفاعل. وقد أكدوا هذه التوقعات عن طريق تغيير تلك الذرات المحددة ومراقبة ضعف الاتصال، مما أثبت أن نماذجهم الحاسوبية كانت دقيقة بما يكفي لتوجيه التجارب الواقعية.

يوفر هذا العمل أول خريطة كمية مفصلة لكيفية إمساك إنزيم PP2A ببروتين LRRK2. فهو يتجاوز مجرد معرفة أن البروتينين يتفاعلان إلى فهم أي أجزاء من البروتينات تتلامس ومدى قوة ذلك التلامس. إن اكتشاف أن سلسلتين صغيرتين يمكنهما العمل معاً للارتباط بقوة أكبر بكثير يقدم استراتيجية جديدة لتصميم الأدوية. فبدلاً من محاولة بناء جزيء واحد يحجب التفاعل بأكمله، قد يتمكن العلماء من إنشاء جزيء واحد أكبر يجمع سمات كلتا السلسلتين للارتباط بـ LRRK2 بدقة متناهية. ورغم أن هذه الببتيدات ليست علاجاً للمرضى بعد، إلا أنها تعمل كأدوات جزيئية قوية؛ فهي تثبت أنه من الممكن استهداف هذا التفاعل المحدد دون إيقاف نظام PP2A بالكامل، مما يفتح مساراً واضحاً لتطوير علاجات يمكنها إبقاء LRRK2 تحت السيطرة وحماية الدماغ من ويلات مرض باركنسون.