קטנין - Katanin

הדפס

מדריך בדיקות מעבדה
קטנין
Katanin
מעבדה	כימיה בדם
תחום	חלבון החותך microtubules וקשור לחלוקת תאים במערכות גוף רבות.
טווח ערכים תקין	50-400 ננוגרם/מ"ל.
יוצר הערך	פרופ' בן-עמי סלע

מטרת הבדיקה

הערכה רקמתית של מערכות גוף רבות כגון מערכת העצבים ותאים סרטניים.

כללי

קטנין הוא חלבון החותך מיקרוטובולי, נקרא על שם חרב יפנית בשם קטאנה. קטנין הוא חלבון הטרודימרי שהתגלה לראשונה בקיפודי ים בשנת 1993. הוא מכיל ארבע תת-יחידות של ATPase במשקל מולקולרי של 50 קילו-דלטון, המקודדות על ידי KATNA1, הפועלות לקטוע מיקרו-טובולי. תת-יחידה זו זקוקה ל-ATP ולנוכחות של מיקרו-טובולי לצורך שפעול. תת היחידה השנייה, שגודלה 80 קילו-דלטון המקודדת על ידי KATNB1, מווסתת את הפעילות של ATPase וממקמת את החלבון לצנטרוזומים (McNally ו-Vale משנת 1993). בחינה על ידי מיקרוסקופ אלקטרוני, מראה שקטנין יוצר טבעות בנות 14-16 ננומטר בצורתו האוליגומרית הפעילה.

המנגנון והוויסות של המיקרו-טובולי

אנליזה של מבנה קטנין בעזרת מיקרוסקופ אלקטרוני, מגלה שהפרוטו-פילמנטים של המיקרו-טובולי עוברים שינוי מקונפורמציה ישרה על ידי הידרוליזה בעזרת GTP של β-tubulin. עם זאת, כאשר פרוטופילמנטים אלה שהם חלק ממיקרו-טובולי במצב של פולימריזציה, האינטראקציות המייצבות נוצרות על ידי תת-יחידות הכולאות את הסְבָכָה למצב של קונפורמציה ישרה אפילו לאחר הידרוליזה של GTP (‏Hatman ו-vale משנת 1999). על מנת לפגוע באינטראקציות מייצבות אלו, ברגע בו קטמין נקשר ל-ATP, הוא גורם לאוליגומריזציה למבנה טבעתי על דופן המיקרו-טובולי, כאשר במקרים אחדים אוליגומריזציה זו מגבירה את הזיקה של קטמין למיקרוטובולי, ומעודדת את פעילות ATPase. כאשר מבנה זה נוצר, קטמין מבצע הידרוליזה של ATP, ועובר בעצמו שינוי קונפורמציה הגורם למתח מכני בתת היחידות של טובולין, המפחיתה את הייצוב של האינטראקציות בתוך הסבכה של המיקרוטובולי. השינוי המנובא בקונפורמציה גם מפחית בזיקה של קטמין לטובולין, כמו גם לחלבוני קטנין אחרים, מה שמוביל להרס ההִתְאַסְּפוּת של המבנה הטבעתי של קטנין, והמיחזור של חלבונים בלתי-משופעלים אינדיבידואליים (Ahmad וחב' ב-J Cell Biol משנת 1999). החיתוך של מיקרוטובולי על ידי קטמין מווסת על ידי חלבונים הכרוכים במיקרוטובולי (להלן MAPs), (ותת היחידה p60 חותכת מיקרוטובולי טוב יותר מאשר בנוכחות p80). כאשר מתאפשר היתוך של צינטרוזום בתיווך קטנין, משתחררים מיקרוטובולי לתנועה חופשית. בניסוי אחד, הוזרקו נוגדנים כנגד קטנין לתוך התא, מה שגרם להצטברות גדולה של מיקרוטובולי סביב הצנטרוזום ולמניעת צמיחה של המיקרוטובול (McNally ו-Thomas ב-Mol Biol Cell משנת 1998). לפיכך, החיתוך בתיווך קטנין עשוי לסייע לארגון בציטופלזמה על ידי עידוד של מניעת ההתכנסות של מיקרוטובול ותנועה יעילה שלו. במהלך חלוקת התא, חיתוך של קוטב הכִּישׁוֹר מייצר קצוות חופשיים של מיקרוטובול, ומאפשר חדירה של tubulin לתוך קוטב הכישור ונסיגה של המיקרוטובול. חיתוך המיקרוטובולי בציטופלזמה מסייע לתנועה החשובה במהלך חלוקת התא.

התפקיד בחלוקת התא

החיתוך של מיקרוטובול הוא צעד חשוב ב-mitosis וב-meiosis. הראו שקטנין אחראי לחיתוך מיקרוטובולי במהלך פאזת M ב-Xenopus laevis (‏Quamby ב-J Cell Sci משנת 2000). הימנעות תהליך ההתכנסות של מיקרוטובולי ממבני ה-interphase שלהם, חיונית להכנת התא והכישור המיטוטי לתהליך חלוקת התא. רגולציה זו אינה ישירה: חלבוני MAP מגינים על מיקרוטובולי מפני חיתןך במהלך ה-interphase, מאפשרים את פעולת קטנין (Srayko וחב' ב-Genes Dev משנת 2000). בנוסף, קטנין אחראי לחיתוך מיקרוטובולי בכישורים המיטוטיים כאשר מניעת ההתכנסות נדרשת על מנת להפריד כרומטידים אחיות במהלך anaphase. תוצאות דומות הושגו בהקשר של פעילות קטנין במהלך meiosis ב-C. elegans (‏Karabay וחב' ב-j Neurosci משנת 2004). דווח ש-Mei-1 ו-Mei-2 מקודדים לחלבונים דומים לתת-יחידות p60 ו-p80 של קטנין. תוך שימוש בנוגדנים, שני חלבונים אלה נמצאו ממוקמים בקצוות המיקרוטובולי בכישור המיוטי. כאשר הם מבוטאים בתאי HeLa, חלבונים אלה מאתחלים את חיתוך המיקרוטובול. ממצאים אלה מראים שקטנין משמש למטרה דומה במיטוזיס ובמיוזיס בהעברת כרומטידים לקוטבי הכישור.

תפקיד קטנין בחלוקת תא ומיקומו בצנטרוזום.

התפקיד במהלך ההתפתחות

קטנין חשוב להתפתחות של אורגניזמים רבים. הרחקה או ביטוי-יתר של קטנין מזיקים לצמיחת האקסון, ולפיכך קטנין חייב להיות מווסת בזהירות על מנת להשיג התפתחות נורמלית (Dent וחב' ב-J Neurosci משנת 1999). במיוחד, חיתוך של מיקרוטובולי באזורים תאיים ספציפיים, מאפשר לפרגמנטים לבחון דרכי שגשוג שונים. בניסוי שעשה שימוש ב- time-lapse digital imaging של טובולין מסומן פלואורסצנטי, נמצא שמדוכי הצמיחה האקסונית מנוטרלים יחד עם הפרגמנט המיקרוטובולי באתרי הסתעפות במהלך ההתפתחות העצבית (aterman-Storer ו-Salmon ב-J Cell Biol משנת 1997). ניסוי דומה שעשה שימוש בטובולין מסומן פלואורסצנטית הבחין בפרגמנטציה של מיקרוטובול ב-lamillipoia מתאי ריאה בסלמנדרה במהלך נדידה התפתחותית, בה הפרגמנטים נעים במאונך לממברנת התא לסייע בגישוש (Burk ו-Ye ב- The Plant Cell משנת 2002). האופי המקומי של שני אירועי הפרגמנטציה מצביע על רגולציה על ידי קטנין כיוון שהוא יכול להתרכז באזורים תאיים ספציפיים. נתון זה מאושש על ידי מחקר שהדגים שמוטציה Fra2, המשפיעה על אורטולוג של קטנין ב-Arabidopsis thaliana, מוליכה לסטייה בנטיה של מיקרופיברילות של צלולוז לאורך דופן התא המתפתח בצמחים אלה (Yu וחב' ב-J Neurosci משנת 2005).

אי-תפקוד של קטנין בהתפתחות נוירונלית

מפגעים נוירו-התפתחותיים מורכבים ממספר מצבים שלרוב מתרחשים ביחד וגורמים לחסכים אישיים, חברתיים ואקדמיים; מפגעים אלה כוללים אוטיזם, פגיעה אינטלקטואלית, פגיעה בקשב והיפר-אקטיביות (ADHD) ואי-סדירות של תקשורת בין-אישית (Morris-Rosendahl ו-Crocq ב-Dialogues Clin Neurosci משנת 2020). באדם, אי-ספיקה של KATNAL1 נכרכה עפ מפגעים כגון מיקרוצפלוס (O’Roak וחב' ב-Nature משנת 2012, ו-Stessman וחב' ב-Nat Genet משנת 2017). קטנין ידוע בשכיחותו במערכת העצבים, ואפילו רמות נמוכות שלו יכולות לגרום חסר משמעותי במיקרוטובולי. אך מיקרוטובולי חייבים להיחתך באזורים אחרים של הנוירון באופן שמספרים משמעותיים של מיקרוטובולי יוכלו לעבור טרנספורט מהיר. במערכת העצבים, היחס בין שתי תת היחידות שונה דרמטית זה באזורים אחרים בגוף. המונומר p80 נמצא בכל האזורים של הנוירון, שמשמעותו שהתפקוד שלו אינו רק בהתמקדות בקטנין. למונומר p80 יש מקטעים עם תפקודים שונים. מקטע אחד מתכוונן לצנטרוזום, ומקטע אחר מגביר את חיתוך המיקרוטובול על ידי קטנין-p60, ומקטע אחר מדכא את החיתוך של המיקרוטובול (Bass וחב' משנת 2005). ההשערה היא שקטנין מווסת על ידי פוספורילציה של חלבונים אחרים. KATNB1 לא מפגינים תמותה בעוברים, מה שרומז שמוטציות ב-KATNB1 לא קריטיות, ו-KATNBL1 עשוי לפצות על אי-תפקוד KATNB1. מחלת אלצהיימר מתאפיינת בנוכחות של רבדים של β-amyloid וכן בנוכחות של סבכים טוקסיים נוירופיברילריים; בנוירונים של חולי אלצהיימר, סבכים אלה מורכבים מחלבון tau מזורחן ביתר (Lane וחב' ב-Eur J Neurol משנת 2018). חלבון tau כרוך במיקרוטובול האחראי לייצוב המיקרוטובולי; פוספורילציה מפחיתה את הזיקה של tau למיקרוטובולי, והיפר-פוספורילציה כרוכה במחל נוירו-ניוונית (Barbier וחב' ב-Front Aging Neurosci משנת 2019). מיקרוטובולי הקשורים ל-tau, מוגנים מפני חיתוך על ידי קטנין גם במצבים בהם קטנין מבוטא ביתר, בעוד שמיקרוטובולי החסרים tau, מפגינים רגישות יתר לחיתוך על ידי קטנין (Qiang וחב' ב-J Neurosci משנת 2006). לאחר אובדן של tau, רשת המיקרוטובול מתפרקת במהירות, כנראה כתוצאה מחיתוך בתיווך קטנין. מספר אנזימים אחרים החותכים יקרוטובול, חשובים אף הם להומאוסטזיס ותפקוד של תאים נוירונליים, כגון spastin מה שגורם לשיתוק ספסטי מורש (Leo וחב' ב-Hum Mol Genet משנת 2017). בעכברים, אובדן הומוזיגוטי של KATNA1 מהווה פשרה לנדידה נוירלית בה נגרם פיגור לימודי וזיכרון לקוי. בעכברים ודגי זברה, יצירת מוטציות של KATNB1 באקסונים 2 ו-6, גורמת לגסטרולציה ולפגמים במוח הקדמי במהלך התפתחות המוח.

image.png

                       תפקיד קטנין בהתפתחות הנוירון

קטנין בסרטן:

במהלך התפתחות קרצינוגנזה, הקטינינים באים לביטוי, ואף הם פגועים בביטויים במגוון סוגי סרטן (Li וחב' ב-Cancer Biomark). המוטנט L123V של KATNAL1 שזוהה בתאי סרטן השד מופיע באזור הגמיש של המקשר את N-טרמינל של החלבון ומעודד פעילות של חיתוך של מיקרוטובול אפילו בנוכחות של tau. הביטוי המוגבר של KATANB1 קשור לנדידה של תאי סרטן השד לקשרי הלימפה ולהפחתת ההישרדות בחולות אלו. בנוסף, בסרטן non-small cell lung cancer, הביטוי המובר של KATNA1 ושל KATANB1, נמצא בהתאמה עם הגרורות לקשרי הלימפה. הסמוכות אליו. יתרה מזאת, ביטוי מוגבר של קטנין תואם את דרגת הסוג האחרון של סרטן, הדיס-רגולציה של קטנין תואמת את השגיאות בתהליכים אונקולוגיים, ותורמת לטומורו-גנזה ולגרורתיות. לדוגמה, ביטוי מוגבר של KATNA1 מתגלה בסדטני שד וערמונית גרורתיים, בעוד שהפחתה בביטוי האנדוגני של KATAN71 בסרטן השד מגבירה את השגשוג ומפחיתה את הנדידה. ולהתקדמות מהירה של הסרטן. בסוגי סרטן אחרים כמו papillary thyroid carcinoma, בו KATAN1 ו-KATANB1 מוגברים מאוד בגידול וברקמות (Banks וחב' ב-Mol. Psychiy משנת 2018), בתחום הסרטן (Wang וחב' ב-World J Surg משנת 2020), וביולוגיה של התא ומבנהו (Willsey וחב' ב-Dev Biol משנת 2018). הפרעה או איבוד של ביטוי של תת-יחידה של קטנין, תורם לציליופתיות (Hu וחב' ב-Neuron משנת 2014), לפגמים בקורטיקוגנזה (Lombino וחב' ב-Sci Rep משנת 2019), לפגמים בספרמיוגנזה (Pleuger וחב' ב-Fertil Steril משנת 2016) ובפתוגנזה של סרטן (Fu וחב' משנת 2029). גורם לציליופתיות (Hu וחב' ב-Neuron משנת 2014), לפגמים בספרמיוגנזה (Pleuger וחב' ב-Fertil Steril משנת 2016) ובפתוגנזה של סרטן.

הוראות לביצוע הבדיקה: את הדם יש לדגום למבחנה כימית (פקק אדום) או למבחנת ג'ל (פקק צהוב). לאחר סרכוז בקור, יש להעביר את הנסיוב למבחנת פלסטיק להעברה למעבדה בקירור. הבדיקה מתבצעת בשיטת ELISA.