يشير “انقلاب الدهون” إلى انتقال جزيئات الدهون من إحدى وريقتي (نصفي) الغشاء الحيوي إلى الوريقة الأخرى. وتسمى هذه العملية أيضًا “الانقلاب-التقلب” أو الانتقال عبر الغشاء، وهي عادةً بطيئة وغير مواتية من حيث الطاقة، لأن المجموعة الرأسية القطبية للدهن يجب أن تمر عبر النواة الكارهة للماء في الغشاء. ومع ذلك، فهي مهمة لأداء غشاء الخلية وصيانته على نحو سليم. وتعمل عدة بروتينات تُسمى الفليبيز (flippase) والفلوبيز (floppase) والسكرامبليز (scramblase) على تعزيز انقلاب الدهون والحفاظ على التوزيع غير المتماثل للدهون بين وريقتي الطبقة الثنائية.
ما هي المجموعة الرأسية القطبية؟
تشير “المجموعة الرأسية القطبية” إلى جزء من جزيء الدهن. ويتكون جزيء الدهن عمومًا من جزأين رئيسيين: مجموعة رأسية قطبية (قابلة للذوبان في الماء) وذيل غير قطبي (ضعيف الذوبان في الماء).
المجموعة الرأسية القطبية هي الجزء الذي يتفاعل الدهن من خلاله مع البيئة المائية، ولهذا السبب تكوّن الدهون بشكل طبيعي طبقة ثنائية. في هذا الهيكل، تكون المجموعات الرأسية القطبية على تماس مع الماء، بينما توجَّه الذيول غير القطبية نحو الداخل، متجنبةً التماس مع الماء. وهذا هو الهيكل الأساسي للأغشية الحيوية.
ما هو التوزيع غير المتماثل للدهون؟
يشير “التوزيع غير المتماثل للدهون” إلى الحالة التي لا تتوزع فيها جزيئات الدهون توزيعًا منتظمًا على جانبي غشاء الخلية (الوريقتين المكوّنتين للغشاء) في الكائنات الحية.
يتكوّن غشاء الخلية من طبقة ثنائية من الفسفوليبيد، ولكلٍّ من وريقته الداخلية والخارجية تركيب دهني مختلف. وهذا يتيح لغشاء الخلية أداء وظائف محددة. على سبيل المثال، نظرًا لأن الوريقة الداخلية للخلية تحتوي على العديد من الدهون ذات الشحنة السالبة، فإنها تستطيع جذب البروتينات ذات الشحنة الموجبة داخل الخلية.
ويُحافَظ على عدم التماثل هذا بواسطة بروتينات محددة (الفليبيز والفلوبيز والسكرامبليز). تعزز هذه البروتينات “الانقلاب-التقلب” للدهون وتساعد على نقل الدهون بين الوريقتين.
ما علاقة الانقلاب-التقلب بالحويصلات خارج الخلوية (EV)؟
الحويصلات خارج الخلوية (EV) هي أكياس غشائية دقيقة تفرزها الخلايا، وتؤدي دورًا مهمًا في التواصل بين الخلايا. ويشارك الانقلاب-التقلب للدهون في تكوين هذه الحويصلات خارج الخلوية (EV) وإطلاقها.
وعلى وجه الخصوص، خلال الاستماتة (الموت الذاتي للخلية)، تنقلب بعض الدهون (مثل فوسفاتيديل سيرين) من الجانب الداخلي لغشاء الخلية إلى الجانب الخارجي. وهذا يرسل إشارة إلى المحيط بأن الخلية تمر بعملية الاستماتة. كما يظهر بعض من هذه الدهون أيضًا على سطح الحويصلات خارج الخلوية المتكوّنة خلال الاستماتة.
إضافةً إلى ذلك، تؤدي انحناءة الغشاء وعدم تماثل غشاء الخلية دورًا مهمًا في توليد الحويصلات خارج الخلوية (EV) وإطلاقها. ويحافظ الانقلاب-التقلب للدهون على عدم التماثل الدهني لغشاء الخلية، وهو ما يدعم تكوين الحويصلات خارج الخلوية (EV). ولهذا السبب، يمكن القول إن الانقلاب-التقلب للدهون وتكوين الحويصلات خارج الخلوية (EV) مرتبطان ارتباطًا وثيقًا.
لماذا يُعدّ عدم التماثل مهمًا؟
يُعدّ عدم التماثل الدهني لغشاء الخلية مهمًا لدعم الوظائف الحيوية الرئيسية التالية.
- الخصائص الفيزيائية للغشاء: يحدد التوزيع غير المتماثل للدهون الخصائص الفيزيائية لغشاء الخلية (السيولة، والشد، والانحناء، وما إلى ذلك). وهذه الخصائص مهمة لكي يؤدي غشاء الخلية وظيفته على نحو طبيعي.
- الإشارات الخلوية: يؤدي عدم التماثل الدهني دورًا مهمًا في نقل الإشارات داخل الخلية وفيما بين الخلايا. على سبيل المثال، خلال الاستماتة (الموت الخلوي المبرمج)، ينتقل دهنٌ يُسمى فوسفاتيديل سيرين من الجانب الداخلي إلى الجانب الخارجي لغشاء الخلية، ليصبح إشارة تُخبر الخلايا الأخرى بأن الخلية تموت.
- شكل الخلية وحركتها: عدم التماثل الدهني مهم للحفاظ على شكل الخلية ولكي تتحرك الخلية.
- النقل والاستيعاب: تُستوعَب بعض العناصر الغذائية وجزيئات الإشارة داخل الخلية عبر دهون محددة. وينظّم عدم التماثل الدهني هذه العملية.
ولهذه الأسباب، يُعدّ عدم التماثل الدهني لغشاء الخلية مهمًا للغاية للحفاظ على الوظائف الحيوية.
عندما تُطلَق الحويصلات خارج الخلوية (EV)، هل يحدث انقلاب فوسفاتيديل سيرين دائمًا؟
كثيرًا ما يُلاحَظ انقلاب فوسفاتيديل سيرين (PS) (الانتقال من الجانب الداخلي إلى الجانب الخارجي) في حالات محددة، ولا سيما خلال الاستماتة (الموت الخلوي المبرمج)، لكنه لا يصاحب جميع عمليات إطلاق الحويصلات خارج الخلوية (EV).
يعتمد تكوين الحويصلات خارج الخلوية (EV) وإطلاقها اعتمادًا كبيرًا على نوع الخلية وحالتها والبيئة المحيطة. فبعض الحويصلات خارج الخلوية (EV) (لا سيما تلك التي تشارك فيها الاستماتة) تُوسَم عبر تعرّض PS على الجانب الخارجي لغشاء الخلية. غير أن العديد من الحويصلات خارج الخلوية (EV) الأخرى، ولا سيما نوع من الحويصلات خارج الخلوية (EV) يُسمى الإكسوسوم، لا يتطلب مثل هذا التعرّض لـ PS.
ولذلك، فإن انقلاب فوسفاتيديل سيرين كثيرًا ما يرتبط بإطلاق الحويصلات خارج الخلوية (EV)، لكنه لا يحدث بالضرورة في جميع عمليات إطلاق الحويصلات خارج الخلوية (EV).
هل يرتبط إطلاق الإكسوسوم بانقلاب الدهون؟
الإكسوسوم هو نوع محدد من الحويصلات خارج الخلوية (EV) يُطلَق من بنية تُسمى الجسم متعدد الحويصلات (MVB) تتكوّن داخل الخلية. ويشتق الجسم متعدد الحويصلات (MVB) من بنية داخل الخلية تُسمى الجسيم الداخلي، ويحتوي على حويصلات صغيرة تتحول إلى إكسوسومات. وعندما يندمج الجسم متعدد الحويصلات (MVB) مع غشاء الخلية، تُطلَق هذه الحويصلات الصغيرة خارج الخلية بوصفها إكسوسومات.
يشير انقلاب الدهون إلى الظاهرة التي تنتقل فيها بعض الدهون من إحدى طبقتي غشاء الخلية إلى الأخرى. وينتج عن ذلك عدم تماثل دهني، وهو ما يؤثر في الخصائص الفيزيائية لغشاء الخلية ونقل الإشارات الخلوية وما إلى ذلك.
أما ما إذا كان انقلاب الدهون يشارك بصورة مباشرة في إطلاق الإكسوسوم، فلم يتضح بعدُ اتضاحًا كاملًا. ومع ذلك، قد يؤثر عدم التماثل الدهني بصورة غير مباشرة في اندماج الجسم متعدد الحويصلات (MVB) مع غشاء الخلية وفي إطلاق الإكسوسوم من خلال التحكم في انحناءة غشاء الخلية. كما أن الإشارات الناتجة عن انقلاب دهون محددة قد تنظّم أيضًا إطلاق الإكسوسوم.
ما الإشارات التي تشارك في الانقلاب وفي إطلاق الإكسوسوم؟
لم تُوضَّح بعدُ توضيحًا كاملًا الإشارات المحددة التي تشارك في انقلاب الدهون وإطلاق الإكسوسوم، لكن طُرحت عدة احتمالات.
- انقلاب فوسفاتيديل سيرين (PS): يقع PS عادةً في الوريقة الداخلية لغشاء الخلية، لكنه ينتقل في ظروف محددة (مثل الاستماتة أو التنشيط) إلى الوريقة الخارجية. ويعمل هذا بوصفه إشارة “eat-me”، وقد يُحفّز إطلاق الإكسوسوم.
- الإشارات بوساطة البروتينات: تنظّم بروتينات محددة (مثل flippin أو floppin) الانقلاب-التقلب للدهون، ومن خلال ذلك قد يتأثر توليد الإكسوسوم وإطلاقه.
- تنشيط مسارات نقل الإشارات: تنشّط العديد من المحفزات الحيوية، مثل الإجهاد الخلوي والالتهاب وتنشيط الخلايا، مسارات نقل الإشارات داخل الخلية. وتنظّم هذه الإشارات إعادة توزيع الدهون (بما في ذلك الانقلاب)، وقد تعزز توليد الإكسوسوم وإطلاقه. على سبيل المثال، تنظّم جزيئات محددة مثل إنزيمات GTPase من عائلة Rho، والكومبيناز (combinase)، وعائلة Rab إطلاق الإكسوسوم.
- إشارات الكالسيوم: تنظّم أيونات الكالسيوم العديد من العمليات الخلوية، وقد تنظّم التغيرات في مستوياتها انقلاب الدهون وإطلاق الإكسوسوم.
- ونظرًا لأن هذه الإشارات تؤثر في الخصائص الفيزيائية لغشاء الخلية، والحالة الفسيولوجية للخلية، والبيئتين داخل الخلية وخارجها، يُعتقد أنها تشارك بصورة غير مباشرة في إطلاق الإكسوسوم. ومع ذلك، لم تُفهَم بعدُ فهمًا كاملًا الآليات التفصيلية لهذه العمليات، ولا تزال الأبحاث مستمرة.