مضخة كالسيوم الهيولية

مضخة الكالسيوم في الشبكة الهيولية العضلية (أو الشبكة الهيولية الباطنة)، (وتختصر في الإنجليزية إلىٰ (SERCA))، نوع من أَنواع مضخات الأدنوسية الكالسيومية التي تعمل بطاقة ثلاثي أدنوسين الفوسفات (ATPase) وبالتحديد نوع (P)، التي تعمل على نقل الكالسيوم من العصارة الخلوية إلى الشبكة الهيولية.

الوظيفة

يُعتبر إنزيم "SERCA" من الفئة "P-ATPase"، وهو يستقر داخل الشبكة الساركوبلازمية في الخلايا العضلية. يقوم هذا الإنزيم بنقل أيونات الكالسيوم من السيتوبلازم إلى تجويف الشبكة الساركوبلازمية، مستمدًا طاقته من عملية تحليل جزيئات الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) أثناء عملية ارتخاء العضلات.يحتوي إنزيم "SERCA" على ثلاثة نطاقات رئيسية على سطحه السيتوبلازمي: النطاق المسؤول عن عملية الفسفرة، ونطاق ارتباط النيوكليوتيدات، اللذان يشكلان الموقع التحفيزي للإنزيم، بالإضافة إلى نطاق التنشيط الذي يسهم في نقل التغيرات الهيكلية الأساسية.إلى جانب دوره الأساسي في نقل الكالسيوم، يسهم إنزيم "SERCA1" في توليد الحرارة داخل الأنسجة الدهنية البنية وفي العضلات الهيكلية. وبالإضافة إلى الحرارة التي ينتجها بفعل عدم كفاءته في ضخ أيونات الكالسيوم، فإن ارتباطه بمُنظم يُدعى "ساركو ليبين" يعطل عملية الضخ ويحول الإنزيم إلى مُحلل للأدينوسين ثلاثي الفوسفات فقط. وتُعتبر هذه الآلية في توليد الحرارة شائعة لدى الثدييات وبعض أنواع الأسماك ذات الدم الحار..

تنظيم النشاط

يمكن التحكم في معدل نقل إنزيم "SERCA" لأيونات الكالسيوم عبر غشاء الشبكة الساركوبلازمية بواسطة بروتين تنظيمي يُسمى "فوسفولامبان". ويكون نشاط إنزيم "SERCA" أقل عندما يرتبط به هذا البروتين. عند تحفيز مستقبلات بيتا الأدرينالية، يتم تقليل ارتباط "فوسفولامبان" بإنزيم "SERCA" من خلال عملية فسفرة "فوسفولامبان" بواسطة بروتين كيناز. وعندما يرتبط "فوسفولامبان" بإنزيم "SERCA"، ينخفض معدل نقل أيونات الكالسيوم، ولكن عند انفصال البروتين عن الإنزيم، يزداد معدل الحركة.يمكن أيضًا أن يتأثر نشاط إنزيم "SERCA" عبر عملية فسفرة الإنزيم نفسه من خلال تفاعله مع "GSK3β". وقد أظهرت الدراسات أن فسفرة "SERCA2a" عند الموقع "S663" تؤدي إلى تقليل نشاط الإنزيم.هناك بروتين آخر يُدعى "كالسكوسترين" يرتبط بالكالسيوم داخل الشبكة الساركوبلازمية، ويساعد على تقليل تركيز الكالسيوم الحر داخل الشبكة، مما يسهل على إنزيم "SERCA" ضخ الكالسيوم ضد تدرج تركيز أقل حدة. تحتوي الشبكة الساركوبلازمية على تركيز أعلى بكثير من الكالسيوم (أكثر بمقدار 10,000 مرة) مقارنةً بتركيزه في السيتوبلازم. ويُمكن تنظيم إنزيم "SERCA2" بواسطة الجزيئات الدقيقة الريبية، مثل "miR-25"، التي تقوم بتثبيط إنزيم "SERCA2" في حالات فشل القلب.لأغراض تجريبية، يُمكن تثبيط إنزيم "SERCA" بواسطة مركب "ثابسغارجين" وتحفيزه بواسطة مركب "إيستاروكسيم".ويزداد نشاط إنزيم "SERCA" في العضلات الهيكلية للأرانب، وفي عضلة القلب للقوارض تحت تأثير الهرمونات الدرقية. وقد تساهم هذه الآلية في التأثيرات الضارة على انتظام ضربات القلب المصاحبة لحالة فرط نشاط الغدة الدرقية..

النظائر الجينية

يوجد ثلاث نظائر جينية لمضخة الكالسيوم في الشبكة الهيولية الباطنة من المضخة الكالسيومية التي تُعبَّر بمستويات مختلفة في أنواع خلايا متنوعة، ونوعة:

ATP2A1 – SE RCA1

ATP2A2 – SERCA2

ATP2A3 – SERCA3

توجد أيضًا أشكال نظائرية بعد الترجمة لكل من SERCA2 وSERCA3، والتي تضيف إمكانية استجابات إعادة امتصاص الكالسيوم الخاصة بنوع الخلية، فضلاً عن زيادة تعقيد آلية إشارات الكالسيوم بشكل عام.

المراجع

1. مارين-غارسيا، خوسيه (تحرير)، (2014). "الفصل 23 - العلاج الجيني والخلايا للأمراض القلبية الوعائية"، في *طب القلب بعد الجينوم* (الطبعة الثانية)، بوسطن: أكاديميك بريس، ص. 783–833. doi:10.1016/b978-0-12-404599-6.00023-8، ISBN 978-0-12-404599-6، مؤرشف في 2020-12-28.

2. دي ميس، ل؛ أوليفيرا، ج. م؛ أرويدا، أ. ب؛ سانتوس، ر؛ كوستا، ر. م؛ بنشيمول، م (2005). "النشاط الحراري لأنسجة الدهون البنية في الفئران وCa2+-ATPase في العضلات البيضاء للأرانب". *IUBMB Life*، (micro-RNA) 57 (4–5): 337–45. doi:10.1080/15216540500092534. PMID 16036618.

3. أرويدا، أ. ب؛ نيغرو، م؛ أوليفيرا، ج. م؛ دي ميس، ل (يونيو 2007). "النشاط الحراري لـ Ca2+-ATPase من الشبكة الهيولية للعضلات الهيكلية الثقيلة: دور قناة الكالسيوم رايانودين". *Biochim. Biophys. Acta*، 1768 (6): 1498–1505. doi:10.1016/j.bbamem.2007.03.016. PMID 17466935.

4. بال، ناش؛ بيريام، موثو (2020-03-02). "فصل نشاط مضخة ATPase للشبكة الهيولية من الكالسيوم بواسطة الساركوليبين كأساس لحرارة العضلات غير الاهتزازية". *فلسفية المعاملات من الجمعية الملكية B: العلوم البيولوجية*، 375 (1793): 20190135. doi:10.1098/rstb.2019.0135. PMC 7017432. PMID 31928193.

5. ليجيند، لوكاس ج؛ دافيسن، دونالد (2020-03-02). "تطور الآليات المتورطة في الإندوثيرمية الفقرية". *فلسفية المعاملات من الجمعية الملكية B: العلوم البيولوجية*، 375 (1793): 20190136. doi:10.1098/rstb.2019.0136. PMC 7017440. PMID 31928191.

6. ماكلينان، ديفيد هـ؛ كرانيس، إيفانجيليا ج. (يوليو 2003). "الفوسفولامبين: منظم حاسم لقدرة القلب على الانقباض". *مراجعات الطبيعة لعلم الأحياء الجزيئي*، 4 (7): 566–577. doi:10.1038/nrm1151. PMID 12838339. S2CID 3050392.

7. غونوت، فابريس؛ بولوغني، لورا؛ برون، كاميل؛ ديا، مايا؛ غوريو، إيف؛ بيدو، غابرييل؛ شوايب، كريستوف؛ كرولا دا سيلفا، كلير؛ دوكريو، سيلفي؛ بيلوت، برونو؛ كاتسمارشيك، أندريا؛ ليون، كريستيل؛ شانون، ستيفاني؛ بيري، كورالي؛ سياتشاندرا، فرانك (2023-06-08). "فوسفوريلات SERCA2 عند السيرين 663 كمنظم رئيسي لوظيفة الكالسيوم في أمراض القلب". *Nature Communications*، 14 (1): 3346. doi:10.1038/s41467-023-39027-x. ISSN 2041-1723. PMC 10250397. PMID 37291092.

8. أرويدا، أ. ب؛ أوليفيرا، ج. م؛ كارفالو، د. ب؛ دي ميس، ل (نوفمبر 2005). "الهرمونات الدرقية تنظم بشكل مختلف توزيع أشكال Ca(2+)-ATPase (SERCA) في الشبكة الهيولية الخفيفة والثقيلة للعضلات الهيكلية للأرانب". *مراجعات الأغشية الجزيئية*، 22 (6): 529–537. doi:10.1080/09687860500412257. PMID 16373324. S2CID 29949157.

9. تشانغ، ك. س؛ فيغيريدو، ف. م؛ شروير، ج. هـ؛ كاريّا، ك؛ وينر، م. و؛ سيمبسون، ب. س؛ كاماتشو، س. أ (1 أكتوبر 1997). "الهرمون الدرقي يحسن وظيفة ومعالجة الكالسيوم في تضخم ضغط الدم. ارتباط مع زيادة في Ca2+-ATPase للشبكة الهيولية وسلسلة الألـفا-مايوسين الثقيلة في قلوب الفئران". *مجلة التحقيق السريري*، 100 (7): 1742–1749. doi:10.1172/JCI119699. PMC 508357. PMID 9312172.

10. كاسيك، ألين؛ ميناجيفا، أف؛ باجو، كالج؛ إيمري، مارغوس؛ سيببت، إن ك. (1997). "الهرمونات الدرقية تؤثر بشكل مختلف على وظيفة الشبكة الهيولية في الأذينين والبطينين في الفئران". *الكيمياء الحيوية والخلوي*، 176 (1/2): 119–126. doi:10.1023/A:1006887231150. PMID 9406153. S2CID 8199751.

11. مولر، باتريك؛ لو، ميلفن خي-شينغ؛ ديترش، يوهانس و. (15 أغسطس 2022). "التغيرات الطفيفة في توازن الهرمونات الدرقية والنقاط النهائية الكبيرة في القلب—الآليات الفسيولوجية والأدلة السريرية". *فرونتيرز في الطب القلبي الوعائي*، 9: 942971. doi:10.3389/fcvm.2022.942971. PMC 9420854. PMID 36046184.