نخستین نقشه کارکردی مسیرهای انتقال مواد شیمیایی در سلول‌های انسانی

مطالعات در جهت رمزگشایی انتقال مواد شیمیایی در سلول

تلاشی بی‌سابقه و بین‌المللی برای رمزگشایی از نحوه مدیریت انتقال مواد شیمیایی در سلول‌های انسانی، با انتشار چهار مطالعه تحول‌آفرین در ژورنال Molecular Systems Biology به ثمر نشست. این پروژه که به رهبری دکتر Giulio Superti-Furga از مرکز پژوهشی CeMM (وابسته به آکادمی علوم اتریش) و با همکاری کنسرسیومی از نهادهای دانشگاهی و شرکت‌های دارویی تحت حمایت ابتکار نوآوری دارویی اتحادیه اروپا (IMI/IHI) انجام شده، پس از یک دهه کار، نخستین نقشه کارکردی جامع از مسیرهای انتقال در سلول‌های انسانی را ارائه داده است.

چگونگی حیات سلولی

همه اشکال حیات به توانایی سلول‌ها برای تبادل مواد با محیط وابسته‌اند: جذب مواد مغذی، یون‌ها و ویتامین‌ها و دفع ضایعات و متابولیت‌های خاص. این فرآیند حیاتی از طریق پروتئین‌های ناقل (ترنسپورترها) که در غشای سلول قرار دارند، انجام می‌شود. با وجود نقش اساسی آن‌ها، عملکرد بسیاری از صدها ژن کدکننده ناقل در انسان همچنان ناشناخته باقی مانده که پیشرفت در زمینه‌هایی مانند درمان سرطان و بیماری‌های متابولیک و عصبی را با مانع مواجه کرده است.

در پاسخ به این چالش، گروه Superti-Furga در سال ۲۰۱۵ در مقاله‌ای در Cell خواستار تمرکز بیشتر بر این حوزه شد. ده سال بعد، این گروه با تمرکز بر بزرگ‌ترین خانواده ناقل‌ها، یعنی ناقلان مواد محلول (SLC)، موفق شدند دانش موجود را بیش از دو برابر افزایش دهند و پایه‌ای برای پیشرفت‌های آتی درک این پروتئین‌های حیاتی بنیان‌گذاری کنند.

پروژه‌ای عظیم درباره ناقل‌های غشایی

در قالب کنسرسیوم RESOLUTE، ۱۲۰ پژوهشگر از ۱۳ مؤسسه در هشت کشور، طی تلاشی هماهنگ، گرد هم آمدند. پس از پنج سال کار آزمایشگاهی، بخش اعظم داده‌های تجربی گردآوری شد. تیم CeMM با کمک چند شریک کلیدی و با تأمین مالی عمدتاً از سوی آکادمی علوم اتریش، یک سال دیگر را صرف یکپارچه‌سازی، تحلیل و تفسیر این داده‌های گسترده کرد.

نتیجه این تلاش، گسترشی بنیادین در درک ما از زیست‌شناسی ناقل‌های SLC است. یافته‌ها با بهره‌گیری از روش‌های تجربی و محاسباتی میان‌رشته‌ای، ترافیک پیچیده شیمیایی درون سلول‌های انسانی را روشن کرده و منابعی ارزشمند برای جامعه علمی و پزشکی جهانی فراهم کرده‌اند.

دکتر Superti-Furga می‌گوید:”به‌سختی می‌توان در تاریخ علمی، تلاشی به این گستردگی و قدرت برای توانمندسازی یک خانواده خاص از اهداف زیستی یافت. امیدواریم این چهار مطالعه، موانع پیش‌روی تحقیقات در حوزه ناقل‌ها را کاهش داده و موجی از کشفیات زیست‌پزشکی در سال‌های آینده به همراه داشته باشد.”

دستاوردها و منابع آزاد برای جامعه علمی

این پروژه نه تنها بینش‌های علمی گسترده‌ای تولید کرد، بلکه مجموعه‌ای چشمگیر از معرف‌ها، داده‌ها و ابزارهای تحلیلی فراهم آورد که همگی به‌طور آزاد از طریق وب‌سایت https://re-solute.eu در دسترس جامعه جهانی پژوهش قرار دارند. دکتر Ulrich Goldmann می‌گوید:”مهم‌ترین دستاورد این است که توانستیم برای بیشتر (اگر نه همه‌ی) ناقل‌های مواد محلول، اطلاعات کارکردی فراهم کنیم و ابزارهای متنوعی ایجاد کنیم که اکنون در خدمت پژوهشگران سراسر جهان هستند. این دستاورد، که در پایگاه دانش RESOLUTE متبلور شده، یک منبع بی‌نظیر و گنجینه‌ای اجتماعی است.”

Superti-Furga می‌افزاید:”از حمایت ابتکار نوآوری سلامت (IHI)، که همکاری مشترکی بین اتحادیه اروپا و فدراسیون شرکت‌های دارویی اروپاست، و همچنین مشارکت تمام همکاران برجسته‌مان، عمیقاً سپاسگزاریم. CeMM در سال‌های اخیر مسئولیت اعتبارسنجی، حاشیه‌نویسی، نگهداری و توسعه این پلتفرم ارزشمند را به دوش کشیده است. اکنون زمان آن است که نهادهای تأمین مالی و صنایع مرتبط، برای پایداری و گسترش این پروژه در درازمدت حمایت کنند.”

خانم Tabea Wiedmer، مدیر پروژه که پس از درگذشت ناگهانی Daniel Lackner مسئولیت را بر عهده گرفت، می‌گوید:”هماهنگ‌کردن تلاش‌های پژوهشی چنین گروه بزرگی، به‌ویژه در دوران کرونا، چالش‌برانگیز بود. اما با خلاقیت و همدلی، موفق شدیم تیم را همدل و متمرکز نگاه داریم. موفقیت این پروژه به‌واسطه ترکیب مؤثر تخصص‌های گوناگون ممکن شد.”

نکات کلیدی چهار مطالعه منتشرشده:

نقشه‌برداری متابولیکی خانواده SLC

صدها ژن SLC در رده‌های سلولی انسانی دستکاری شدند (حذف یا افزایش بیان). این آزمایش‌ها به شناسایی ۷۱ ناقل ناشناخته منجر شد. برای مثال، SLC45A4 به‌عنوان یک ناقل جدید پلی‌آمین شناسایی شد.

نقشه تعاملات پروتئینی (Interactome)

تعاملات پروتئینی نزدیک به چهارصد SLC بررسی شد و هزاران ارتباط جدید شناسایی شدند. برای مثال، پروتئین‌های حاوی PDZ در ترافیک ناقل‌ها و degronها در پایداری آن‌ها نقش دارند.

نقشه تعاملات ژنتیکی

بیش از ۳۵هزار آزمایش حذف دوگانه ژن انجام شد و تعاملات کشنده مصنوعی (synthetic lethality) و افزونگی عملکردی شناسایی شد. مثلاً SLC39A1، ناقل روی، در تنظیم متابولیسم و مقاومت به مرگ سلولی در سرطان نقش دارد.

چشم‌انداز کارکردی یکپارچه

با ترکیب داده‌های RESOLUTE و منابع عمومی، پایگاهی غنی و قابل‌دسترس برای ویژگی‌های زیست‌مولکولی SLCها ساخته شد که می‌تواند الگوی پژوهش‌های مشابه در زمینه داده‌های چند-اُمیک (multi-omics) باشد.

افق‌های درمانی تازه

ناقل‌های SLC در طیف وسیعی از بیماری‌ها، از جمله سرطان، اختلالات عصبی، دیابت و بیماری‌های ارثی متابولیک نقش دارند. همچنین، بسیاری از داروها برای ورود به سلول به این ناقل‌ها وابسته‌اند. پروژه RESOLUTE با گسترش چشمگیر دانش در این حوزه و ارائه ابزارهای ضروری، مسیر را برای نوآوری‌های درمانی و پزشکی دقیق هموار کرده است.

منبع:

Metabolic mapping of the human solute carrier superfamily. Molecular Systems Biology, 2025; DOI: 10.1038/s44320-025-00106-4

تهیه و تنظیم: سید طه نوربخش

نظارت و تأیید: فائزه محمدهاشم-متخصص ژنتیک