الكينيسن أو الشيّال، هو بروتين ينتمي إلى فئة البروتينات الحركية

على سبيل التعريف، الكينيسن أو الشيّال، هو بروتين ينتمي إلى فئة البروتينات الحركية الموجودة في الخلايا حقيقية النواة. وتعرض الأقسام التالية جوانب أخرى من الموضوع.

وفي السياق ذاته، أغلب أنواع بروتينات الكينيسن، تسير باتجاه النهاية الموجبة للأنيببات الدقيقة، المسؤولة في أغلب الخلايا عن جر الحمولة الخلوية المنقولة من مركز الخلية إلى أطرافها، كالبروتينات، والأجزاء المكوِّنة للأغشية، وهذا النوع من وسائل النقل، يسمى بالنقل التقدمي، في المقابل هناك بروتينات أخرى تسمى الدينين تعمل بعكس اتجاه الكينيسن، فهي تنقل وتسير نحو النهاية السالبة من الأنيببات الدقيقة.

في هذا الإطار، يتحرك الكينسين على الأنيبيبات الدقيقة، ويبدأ عمله بالطاقة الناتجة عن تكسر جزيء أدينوسين ثلاثي الفوسفات، وعليه فإن حركة بروتين الكينيسن النشطة، تدعم الكثير من الوظائف الخلوية، بما في ذلك الانقسام المتساوي، والانقسام المنصف، والشحن الخلوي، كنقل السيالات العصبية.

17 – KIF17 = kinesin-2

18A – KIF18A, 18B – KIF18B = kinesin-8

27 – KIF27 = kinesin-4

C1 – KIFC1, C2 – KIFC2, C3 – KIFC3 = kinesin-14
السلاسل الخفيفة الخاصة بِ «كينيسن 1»:
1 – KLC1, 2 – KLC2, 3 – KLC3, 4 – KLC4
البروتينات المرتبطة بِ «كينيسن 2»:
KAP-1, KAP3 or KIFAP3

أفراد فصيلة عائلة الكينيسن

ومن جهة أخرى، تشتمل أفراد فصيلة عائلة الكينيسن البشري، على البروتينات التالية، والمذكورة بالأسماء المتعارف عليها من مجتمع بحوث الـ"كينيسن" والمرتبين في 14 عائلة: من «كينيسن 1» إلى "كينيسن 14. :

1A – KIF1A, 1B – KIF1B, 1C – KIF1C = kinesin-3
2A – KIF2A, 2C – KIF2C = kinesin-13
3B – KIF3B or 3C – KIF3C ，3A - KIF3A = kinesin-2
4A – KIF4A, 4B – KIF4B = kinesin-4
5A – KIF5A, 5B – KIF5B, 5C – KIF5C = kinesin-1
6 – KIF6 = kinesin-9
7 – KIF7 = kinesin-4
9 – KIF9 = kinesin-9
11 – KIF11 = kinesin-5

19 – KIF19 = kinesin-8

20A – KIF20A, 20B – KIF20B = kinesin-6
21A – KIF21A, 21B – KIF21B = kinesin-4
22 – KIF22 = kinesin-10
23 – KIF23 = kinesin-6
24 – KIF24 = kinesin-13

الهيكل العام

وفي هذا الصدد، يختلف أعضاء فصيلة بروتين الكينيسن في الشكل، ولكن الكينيسن الكلاسيكي «كينيسن 1»، هو بروتين ذو 4 مفارز، ومفارزه (السلاسل الثقيلة)، تشكل وحدات بناء تربط سلاسله الخفيفة. وتتألف السلسلة الثقيلة لـ«كينيسن 1» من رأس كروي (المجال المتحرك)، في نهاية الحمض الأميني، مرتبط برقبة قصيرة مرنة موصولة بساق طويلة، ذات نطاق لفائف ألفا، ملفوفة حلزونياً من الوسط، منتهية بذيل يحمل مجموعة كربوكسي، والذي من شأنه أن يربط السلاسل الخفيفة.

الكينيسن والانقسام المتساوي

وفي هذا الصدد، في السنوات الأخيرة، وجد أن البروتينات الحركية المرتبطة على الأنيبيبات الدقيقة، بما فيها بعض أفراد عائلة «كينيسن» تلعب دوراً في انقسام الخلية (الانقسام المتساوي)، فيعد بروتين «كينيسن» مهماً، ليكون طول المغزل سليماً، ويشارك في انزلاق الأنيبيبات الدقيقة، وفصلها خلال الطور التحضيري، والطور الاستوائي «عائلة كينيسن»، فضلًا عن إِزالة بلمرة الأنيبيب الدقيق، من الجهة السالبة في الجسيم المركزي، خلال طور الصعود خاصة «عائلة كينيسن 13».

مجموعة الكينيسن

كذلك، لقد أدت إنجازات علم الوراثة الجزئية، إلى معرفة أن بروتينات الـ«كينيسن»، تشكل عائلة كبيرة ومتنوعة من البروتينات الحركية، المسؤولة عن الكثير من مهام النقل الخلوي في الخلايا حقيقية النواة. ومثلًا، تبين أن جينومات الثدييات، تحتوي على رموز وراثية لأكثر من 40 بروتين كينيسن، تم تصنيفها في 14 عائلة فرعية، أخذت تسميتها بالتسلسل: «كينيسن1»، وحتى «كينيسن 14».

إضافةً إلى ذلك، عند اكتشاف بروتينات الـ«كينيسن»، عرفت بأنها بروتينات تعمل على النقل الخلوي التقدمي على الأنيبيبات الدقيقة، وتم تصنيف العضو المؤسس لعائلة الكينيسن، «كينيسن 1»، على أنه بروتين نقل سريع، محوري رباعي المفارز، يتكون من وحدتين فرعيتين متطابقتين، وسلسلتين خفيفتين. تم استخلاصه عن طريق تنقية الأنيبيبات الدقيقة من عينة خلايا عصبية.

وفي هذا السياق، في وقت لاحق، تمت تنقية بروتين آخر رباعي المفارز، سُمِّيَ «كينيسن 2»، يتكون من وحدتين فرعيتين مختلفتين، مع بعض البروتينات المتعلقة بعائلة الـ«كينيسن»، المستخلصة من بيض وأجنة حيوانات شوكية، هذا البروتين معروف في عملية نقل المجمعات البروتينية على خطوط النقل المحورية، خلال عملية تكوين الهدب الحيوي.

البناء الهيكلي

النموذج النظري للكينيسن

كذلك، وصفت حركة الجزيئات الأحادية بشكل جيد من قبل، ولكن على نطاق النانو الصغير، تتحرك هذة الآلات في فرق كبيرة، أظهرت الأبحاث العلمية الحديثة أن حركة بروتينات «كينيسن»، على الأنيببات الدقيقة، تكون عن طريق التفاعل مع بعضها البعض، وتكون هذه التفاعلات قصيرة المدى.

من جهة ثانية، اقترحت عدة نماذج نظرية للبروتين الحركي «كينيسن»، وهنالك عدة تحديات ظهرت في التحقيقات النظرية.

الشحن الخلوي

ومن جهة أخرى، كان الاعتقاد السائد، هو أن تكسير الأدينوسين ثلاثي الفوسفات، يوفر الطاقة اللازمة لدفع رأس الكينيسن للأمام، ليتم ربطه مع موقع الربط التالي. على خلاف ذلك، تم افتراض أن رأس بروتين الكينيسن، يندفع إلى الأمام على الأنيبيبات الدقيقة، ويسحب الحمولة الخلوية ورائه، بالإضافة لذلك، فإن الفيروسات، مثل فيروس نقص المناعة البشري، تستغل بروتين الكينيسن، للسماح للفيروس بالاستقرار بعد التجميع، وهناك أدلة مهمة كذلك، تفيد بأن حمولة الخلايا في الجسد يتم نقلها بعدة بروتينات حركية.

إضافةً إلى ذلك، الجزيئات الصغيرة مثل الجلوكوز والغازات، تنتشر في أنحاء الخلية أينما كانت الحاجة اليها، أما الجزيئات الأكبر حجماً والتي يتم تصنيعها في الخلية مثل الحويصلات، والعضيات الخلوية، فإنها لا تمتلك القدرة على الانتشار إلى مكان حاجتها مثل الميتوكندريا، فتقوم البروتينات الحركية بوظائف نقل الحمولة الكبيرة إلى مكان احتياجاتها، أما بروتينات الكينيسن فهي بروتينات حركية، تقوم بنقل مثل تلك الحمولة عن طريق السير باتجاه واحد، على الأنيبيبات الدقيقة، عن طريق تكسير جزيء أدينوسين ثلاثي الفوسفات في كل خطوة.

الآليات المقترحة للحركة

ومن ناحية أخرى، تقنية الحركة الدودية: تحتل يدٌ واحدة من أيدي الـ«كينيسن» الصدارة، وتنتقل خطوة قبل أن تستطيع اليد الأخرى الوصول.

في هذا الإطار، ينقل ال «كينيسن» المواد عبر المشي على الأنيبيبات الدقيقة وهذا النقل يحقق بآليتين:

ومن ناحية أخرى، تقنية «يدٌ بعد يدٍ»: تنتقل يدٌ تلو الأخرى بتغيير الصدارة كل خطوة.

في هذا الإطار، على الرغم من الجدل المتبقي، فان الأدلة التجريبية في تصاعد، وتشير نحو أن آلية «يدٌ بعد يدٍ» هي الأكثر احتمالاً، وأن ربط وتكسير جزيئات الأدينوسين ثلاثي الفوسفات، يؤدي بالـ«كينيسن» للجوء إلى الحركة، عبر آلية التأرجح حول نقطة محورية.

25 – KIF25 = kinesin-14

26A – KIF26A, 26B – KIF26B = kinesin-11

اتجاه حركة البروتينات

وفي هذا السياق، تتحرك أغلب بروتينات الكينيسن نحو الجهة الموجبة من الأنيبيبات الدقيقة، والتي تكون مسؤولة في أغلب الخلايا عن الشحن الخلوي من وسط الخلية إلى أطرافها، وهذا النمط من أنماط النقل يعرف بالنقل التقدمي، وتسير عائلة «كينيسن 14»، مثل حويصلات أمراض ذبابة الفاكهة في الاتجاه المعاكس نحو الجهة السالبة من الأنيببات الدقيقة.

إضافةً إلى ذلك، تتحرك البروتينات الحركية في اتجاه معين على طول الأنيببات، وذلك لأن الأنيببات الدقيقة قطبية، ورأس البروتين الحركي يرتبط بالأنيببات الدقيقة، ويسير في اتجاه واحد فقط، بينما يحدد ربط الأدينوسين ثلاثي الفوسفات اتجاه البروتين، من خلال عملية تعرف بِ: (neck linker zippering).

من جهة ثانية، من خلال دراسة خاصية ازدواج الاتجاه، بحالات متمائلة، تبين أن جزيئات "Cin8" الحرة، تسير باتجاه الجهة السالبة، أما جزيئات "Cin8" المترابطة بشكل متقاطع، فإنها تتحرك باتجاه الجهة الموجبة لكل أنيبيب دقيق، من المرجح بأن هذه القدرة المميزة هي نتيجة لاشتراك جزيئات "Cin8" مع بعضها البعض، وتساعد هذة العملية بروتين الـ«دينين» على القيام بدوره في تبرعم الخميرة.

12 – KIF12 = kinesin-12

13A – KIF13A, 13B – KIF13B = kinesin-3
14 – KIF14 = kinesin-3
15 – KIF15 = kinesin-12
16B – KIF16B = kinesin-3

كينيسن