اكتشاف مفتاح لتطور خلايا الدم الحمراء والأمراض.. ما علاقة الجلوتامين؟
تتطور خلايا الدم الجذعية عبر مراحل مختلفة حتى تصبح خلايا دم حمراء ناضجة تمامًا، وتتحدد هذه العملية البيولوجية الأساسية بسلسلة من العمليات الأيضية المعقدة.
غالبًا ما تكون هذه العمليات غير منظمة في اضطرابات الدم، مثل مرض فقر الدم المنجلي وبيتا ثلاسيميا، وفق ما ذكره موقع ميديكال إكسبريس.
ما دور الجلوتامين الأميني؟
حدد علماء مستشفى سانت جود لأبحاث الأطفال، دورًا لم يكن معروفًا من قبل لحمض الجلوتامين الأميني في هذه العملية.
على وجه الخصوص، يكشف العمل أن تعديل عملية التمثيل الغذائي للجلوتامين هو طريق علاجي محتمل لاضطرابات خلايا الدم الحمراء الشائعة.
بالإضافة إلى ذلك، قد تعمل وفرة الجلوتامين كأداة لتقييم الفعالية العلاجية. وقد نُشرت النتائج في مجلة ساينس.
تنبع هذه النتائج من أبحاث بيولوجية أساسية لفهم عملية التمثيل الغذائي لخلايا الدم الحمراء، وعلى الرغم من أن خلايا الدم الحمراء تشكل 84% من إجمالي خلايا الشخص البالغ الناضج، إلا أنها فريدة من نوعها في وظيفتها الأيضية.
قال الدكتور جيان شو، المؤلف المشارك في الدراسة: "لا تحتوي خلايا الدم الحمراء الناضجة على عضيات، مثل الميتوكوندريا. وهذا يثير سؤالًا مهمًا حول كيفية تعامل خلايا الدم الحمراء الناضجة مع الاحتياجات الأيضية من أجل بناء مثل هذه الكتلة الحيوية الضخمة".
شرع شو، بالتعاون مع المؤلف المشارك مين ني، في فهم العمليات الأيضية التي تنظم نضوج خلايا الدم الحمراء الطبيعية وكيف يمكن تغيير ذلك في اضطرابات مختلفة، وقام فريق البحث التعاوني برسم صورة منهجية للتغيرات الأيضية خلال كل مرحلة من مراحل نضوج خلايا الدم الحمراء.
وقال شو: "لقد لاحظنا نتيجة مفاجئة للغاية فيما يتعلق بالجلوتامين، والذي يتم تكسيره عادة بواسطة الخلايا الجذعية لتلبية احتياجات أيضية مختلفة، وقد وجدنا أن هذه العملية تنعكس تمامًا أثناء التمايز اللاحق. تتوقف الخلايا عن تكسير الجلوتامين وتبدأ في تصنيعه عن طريق عكس التفاعل تمامًا".
مفتاح إزالة السموم
يتحلل الجلوتامين كمصدر للطاقة في مرحلة مبكرة من نضوج خلايا الدم. ومع ذلك، وجد الباحثون أن إنزيم الجلوتامين سينثيتاز يقلب السيناريو في المراحل اللاحقة من التطور.
الهيم هو المكون الرئيسي للهيموجلوبين، وهو البروتين الموجود في خلايا الدم الحمراء الذي يحمل الأكسجين.
يعتمد نضوج خلايا الدم الحمراء على إنتاج الهيم، ولكن الأمونيوم (منتج ثانوي لإنتاج الهيم) يمكن أن يتراكم إذا لم يتم إزالته، مما يسبب الإجهاد التأكسدي.
وجد الباحثون أن خلايا الدم الحمراء تبدأ في إنتاج إنزيم الجلوتامين سينثيتاز لتسهيل إزالة الأمونيوم عن طريق الجمع بين الغلوتامات والأمونيوم لإنتاج الجلوتامين.
وقال شو: "لدينا دراسات جزيئية وراثية وكيميائية حيوية تظهر أن هذه العملية الأيضية تنعكس تمامًا من أجل إزالة السموم من الأمونيوم الذي يتم توليده لدعم تخليق الهيم".
يؤثر هذا العمل على علاج اضطرابات خلايا الدم الحمراء، مثل بيتا ثلاسيميا، لأن الأدوية المستخدمة لعلاج هذه الاضطرابات ترتبط بتحسين نضوج خلايا الدم الحمراء، ومع ذلك، نظرًا لوجود إنزيم الجلوتامين سينثيتاز في جميع أنحاء الجسم، فإن إزالته مميتة.
وقال ني: "في دراساتنا الجينية، نادرًا ما نرى مرضى يعانون من طفرات في جين الجلوتامين سينثيتاز، هذا الجين مهم أيضًا للتطور الجيني، لذا فإن الجسم بأكمله يتأثر".
ومن خلال التعطيل المشروط للإنزيم، تمكن الباحثون من تحديد رابط مباشر بين اضطراب عملية التمثيل الغذائي للجلوتامين واضطرابات خلايا الدم الحمراء.
وقال شو: "لقد أظهرنا أن هذه العملية تتعطل في العديد من اضطرابات خلايا الدم الحمراء، مثل بيتا ثلاسيميا، وهذا يسبب نمطًا ظاهريًا أيضيًا يشبه نقص إنزيم الجلوتامين سينثيتاز، والذي يمكن وصفه بزيادة مستويات الغلوتامات والأمونيا وانخفاض مستويات الجلوتامين".
الجلوتامين واضطرابات الدم
وحدد الباحثون أكسدة الجلوتامين سينثيتاز كمصدر لهذا النقص في بيتا ثلاسيميا. وعلاوة على ذلك، من خلال زيادة التعبير عن البروتين، استعاد الباحثون نشاط الإنزيم لعلاج هذه الحالة.
في الوقت الحالي، يمكن علاج فقر الدم في بيتا ثلاسيميا باستخدام عقار لوسباترسبت؛ ومع ذلك، فإن كيفية عمل هذا العقار غير مفهومة تمامًا.
بالتعاون مع الدكتور ميتشل فايس، رئيس قسم أمراض الدم في مستشفى سانت جود، وعدد من المتعاونين الآخرين، حدد شو وني زيادة في نسبة الجلوتامين إلى الغلوتامات في الدراسات التي شملت لوسباترسبت، مما يشير إلى أن الدواء يعمل على الأرجح عن طريق استعادة مستويات الجلوتامين.
وقال شو: "سيكون هذا أول تقرير يربط بين الفائدة العلاجية لهذا الدواء وتحسن عملية التمثيل الغذائي للجلوتامين ".
يستخدم الجلوتامين-إل أيضًا لتخفيف أعراض مرض فقر الدم المنجلي، ولكن طريقة عمل هذا الدواء كانت مثيرة للجدل أيضًا. تشير النتائج إلى أن فعالية مكملات الجلوتامين-إل ترجع على الأرجح إلى إصلاح خلل إنزيم الجلوتامين سينثيتاز.
وبالإضافة إلى تأثيرها المباشر على علاج اضطرابات خلايا الدم الحمراء، تشير النتائج إلى أن السمات الأيضية مثل نسبة الجلوتامين إلى الجلوتامات يمكن استخدامها كعلامات حيوية للعديد من الأمراض الأخرى.