כניסה 
עקבו אחרינו בפייסבוק פוספו-גליצרט קינאז - Phosphoglycerate kinase
| מדריך בדיקות מעבדה | |
| פוספו-גליצרט קינאז | |
|---|---|
| Phosphoglycerate kinase | |
| שמות אחרים | PGK1, קינאז פוספוגליצרטי |
 | |
| מעבדה | כימיה בדם |
| תחום | שיבושים בגליקוליזה. |
 | |
| טווח ערכים תקין | מגיל 12 חודשים ומעלה - 142-232 יחידות/גרם המוגלובין. ערכי נורמה לא נקבעו לבני פחות מ-12 חודשים. |
| יוצר הערך | פרופ' בן-עמי סלע |
מטרת הבדיקה
הערכת מטופלים עם אנמיה המוליטית לא-ספרוציטית Coombs שלילים, בעיקר עם מתווה תורשתי הכרוך עם כרומוזום X. הערכה של מטופלים עם תסמינים מיופתיים או נוירולוגיים.
כללי
PGK1 הוא אנזים המקטלז את הטרנספר של קבוצת פוספאט מחומצה 1,3-ביספוספוגליצרית (1,3-bisphosphoglyceric acid (להלן 1,3BPG)) לאדנוזין דיפוספט (ADP) תוך יצירת חומצה של 3-פוספוגליצרית (3phosphoglyceric acid (להלן 3PG)) ואדנוזין טריפוספט (ATP) במהלך הגליקוליזה. האנזים משופעל על ידי רמות נמוכות של אניונים מולטי-ולנטיים שונים כגון pyrophosphate, sulfate וציטראט. ריכוזים גבוהים של MgATP ושל 3PG משפעלים את PGK, בעוד ש- 2+Mg בריכוזים גבוהים מעכב באופן לא-תחרותי את האנזים (Bernstein ו-Hot ב-Biochemistry משנת 1998). ל-PGK יש ספציפיות רחבה כלפי מצעים נוקלאוטידיים (Varga וחב' ב- Mol BioSyst משנת 2011). פעילותו מעוכבת על ידי סליצילטים, הנראים כמחקים את המצע הנוקלאוטידי של האנזים (Larsson-Raźnikiewicz ו-Wiksell ב-Biochim Biophys Acta משנת 1978).
בדומה לכל הקינאזות, PGK הוא גם טרנספראז. PGK הוא אנזים מרכזי המשמש בגליקוליזה, בצעד הראשון של יצירת ATP במסלול הגליקוליטי. בגלוקונאוגנזה, הריאקציה מקוטלזת על ידי PGK מתקדמת בכיוון הפוך ומייצרת ADP ו-BPG1-3. באדם, שני אנזימים של PGK זוהו עד כה, PGK1 ו-PGK2. שני איזואנזימים אלו הם בעלי הומולוגיה של 87% ברצף חומצות האמינו שלהם, ולמרות שהם דומים מבנית ותפקודית, הם ממוקמים במקומות שונים. PGK1 המקודד על ידי גן הממוקם בכרומוזום X באתר q13.3 מבוטא בכל התאים, ואילו PGK2 המקודד על ידי גן אוטוסומלי הממוקם בכרומוזום 6 באתר p21-q12 ייחודי לתאים ספרמטוגניים מיוטיים ובתר-מיוטיים (Chiarelli וחב' ב-PLoS One משנת 2012).
התפקוד הביולוגי
PGK מצוי בכל האורגניזמים כאחד משני אנזימים המייצרים ATP במסלול הגליקוליזה. בתנאים ביולוגיים סטנדרטיים, הכיוון הגליקוליטי מועדף במסלול Calvin באורגניזמים פוטוסינטתיים, בו PGK מקטלז את הפוספורילציה של 3PG, לייצור של 1,3BPG ו-ADP כחלק מהריאקציות המבצעות רה-גנרציה של ribulose-1,5-bisphosphate. דווח ש-PGK הוא בעל פעילות של thiol reductase על פלזמין, המובילה ליצירה של אנגיוסטטין, אשר מעכב אנגיוגנזה לגדילת תאי סרטן. האנזים נמצא גם משתתף ברפליקציה של DNA, ובתיקון של גרעינים בתאי יונקים (Lay וחב' ב-Nature משנת 2000). האיזואנזים האנושי PGK2 המבוטא רק במהלך הספרמטוגנזה, נמצא כחיוני לתפקוד תאי זרע בעכברים (Danshina וחב' ב-Biol Reprduct משנת 2010).
מבנה
PGK נמצא בכל האורגניזמים החיים כאחד משני האנזימים המייצרים ATP בגליקוליזה והרצף שלו נמצא משומר באופן בולט במהלך האבולוציה. האנזים הוא מונומר המכיל 415 חומצות אמינו, ומכיל שני מקטעים בגודל כמעט שווה (Dhar וחב' ב- Proc Natl Acad Sci USA משנת 2019). 3-phosphoglycerate (להלן 3PG) נקשר לקצה ה-N-טרמינלי, בעוד שהמצעים הנוקלאוטידים, MgATP או MgADP, נקשרים למקטע ה-C-טרמינלי של האנזים. מבנה שני-מקטעים זה כרוך בסקלה גדולה של "hinge bending" הדומה לאלה שמוצאים ב-hexokinase (Kumar וחב' ב-Cell Biochem Biophys משנת 1999). שני המקטעים של החלבון מופרדים על ידי בקיע וקשורים על ידי שני סלילי אלפא. בליבה של כל מקטע יש שישה beta-sheets מקבילים המוקפים על ידי סלילי אלפא. שתי האונות מסוגלות לעבור קיפול באופן בלתי-תלוי, בהתאמה עם הנוכחות של תוצרי ביניים במסלול הקיפול של מקטע בודד (Yon וחב' ב-Biochimie משנת 1990, ו-Zerrad וחב' ב-J Biol Chem משנת 2011). לאנזים יש נטייה להיות קיים בקונפורמציה פתוחה עם פרקי זמן קצרים של קונפורמציה סגורה וקטליזה, המאפשרים דיפוזיה מהירה של המצע ותוצרי הריאקציה דרך אתרי קישור; הקונפורמציה הפתוחה של PGK היא יותר יציבה כתוצאה מהחשיפה של האזור ההידרופובי של החלבון בסגירת המקטע.
התפקיד של מגנזיום
יוני מגנזיום באופן נורמלי מחוברים לקבוצות פוספאט של המצע הנוקלאוטידי של PGK. ידוע שבחסר של מגנזיום, נמנעת פעילות האנזים (Varga וחב' ב-Biochemistry משנת 2012). המתכת הדו-ערכית מסייעת לליגנדים של האנזים למסך את המטענים השליליים של קבוצות הפוספאט הקשורות, מה שמאפשר התרחשות התקפה נוקלאופילית האופיינית לריאקציה של phosphotransfer (Cliff וחב' ב- J Am Chem Soc משנת 2010).
מנגנון
ללא קישור של המצעים, PGK מצוי בקונפורמציה "פתוחה". לאחר שמצעים שהן triose והן נוקלאוטידים נקשרים למקטעים ה-N וה-C טרמינליים בהתאמה, יש התרחשות של hinge bending שמביאה את המצעים הללו והמצעים הקשורים אליהם לקרבה הדוקה ולקונפורמציה "סגורה" (Banks וחב' ב-Nature משנת 1979). בנקודה זו, במקרה של ריאקציה גליקוליטית ישירה, ה-beta-phosphate של ADP מאתחל התקפה נוקלאופילית על 1phosphate של 1,3BPG. שייר Lys219 על פני האנזים, מכוון את קבוצת הפוספאט למצע. במסלול הגליקוליטי 1,3BPG הוא תורם הפוספאט והוא בעל פוטנציאל גבוה של טרנספר של פוספוריל. הטרנספר המקוטלז על ידי PGK של קבוצת פוספאט מ- 1,3BPG לקבלת ATP יכול ל"תדלק" את ריאקציית חמצון הפחמן משלב הגליקוליזה הקודם המתמיר glyceraldehyde 3-phosphate ל- 3phosphoglycerate.
רלוונטיות למחלות
חסר של PGK הוא מפגע רצסיבי של כרומוזום X הכרוך באנמיה המוליטית, מפגעים מנטליים ומיופתיה באדם (Yoshida ו-Tani ב-Biomed Biochim Acta משנת 1983, ו-Beutler ב-Br J Haematol משנת 2007), כאשר יש צורה המוליטית וצורה מיופטית. כיוון שהמפגע כרוך בכרומוזום X הוא מבוטא רק בגברים בעלי כרומוזום X אחד, ואילו נשים עם רקע גנטי זה אינן תסמיניות. המפגע נובע מהמוטציות ב-Pgk1, הגן המקודד ל-PGK1, זוהו 20 מוטציות כאלו. ברמה המולקולרית, מוטציה ב-Pgk1 פוגעת ביציבות הטרמית ומעכבת את הפעילות הקטליטית של האנזים. PGK הוא האנזים היחיד במסלול הגליקוליטי המיידי, המקודד על ידי גן בכרומוזום X. במקרה של אנמיה המוליטית, חסר של PGK מתרחש באריתרוציטים. אין כל טיפול מוחלט למקרי חסר ב-PGK (Rhodes ב-Br J Haematol משנת 2011). ביטוי-יתר של PGK1 נכרך עם סרטן הקיבה ונמצא מגביר את את החודרנות של תאי סרטן הקיבה in vitro. האנזים מופרש על ידי תאי הסרטן ומשתתף בתהליך האנגיוגני, הגורם להפרשת אנגיוסטטין ולעיכוב גידולו של סרטן בכלי דם. כתוצאה מהספציפיות הנרחבת של האנזים כלפי מצעים נוקלאוטידים (Gallois-Montbrun וחב' ב- Biochem Pharmacol משנת 2004), PGK ידוע כמשתתף בפוספורילציה ובשפעול בתרופות הנוגדות HIV.
בנוסף לרגולציה של המטבוליזם של התא, PGK1 כרוך בפעילויות ביולוגיות רבות, כולל אנגיוגניות, אתחול של אוטופגיה, קישור של פלסמינוגן, רפליקציה של DNA ותיקונו, שגשוג של תאי סרטן וחודרנותם, וכרוך גם כעמידות לכימותרפיה. PGK1 אינו רק אנזים מטבולי בגליקוליזה, אלא גם protein kinase (Li וחב' ב-Mol Cell משנת 2016). כאנזים המגביל קצב, PGK1 משחק תפקיד ביצירת אנרגיה הכרוכה בקואורדינציה של ביוסינתזה ושל מאזן redox על ידי פיקוח על רמות ATP ו-3PG. בעוד ש-PGK1 מופיע בכל התאים הסומטיים ותאי הנבט, PGK2 ספציפי לתאי האשכים. במצב של היפוקסיה, PGK1 יכול לנדוד מהציטופלזמה למיטוכונדריה, שם הוא יכול לפעול כפרוטאין קינאז ולזרחן מצעים חלבוניים שונים. הגן של PGK1 פועל כאונקוגן לאתחל התפתחות סרטן, ומשחק תפקיד מרכזי ברגולציה של המטבוליזם של סרטן דרך מסלולי איתות כגון Akt/mTOR, Myc, Notch, CXCR4/β-catenin, או דרך מודיפיקציה בתר-תרגומית כגון פוספורילציה, אצטילציה, יוביקויטינציה וסוקצינילציה. שיעור הגליקוליזה בתאי-סרטן גבוה פי-200 מזה של תאים נורמליים, ופנוטיפ גליקוליטי גבוה עלול לסייע לתנועה ולחדירות של תאי סרטן.
דיסרגולציה של יצירת אנרגיה היא מאפיין שכיח במצבים נוירולוגיים רבים.
אי-תפקוד מטבולי מדווח בהרחבה במחלות נוירו-ניווניות רבות (Han וחב' ב-Int J Mol Sci משנת 2021). להתמקד בתכונה נרחבת זו יכול לאפשר את ההתפתחות של תרפיות חדשות למחלות בהן החלופות הטיפוליות מאוד מוגבלות. אחת הדוגמאות יכולה להיות spinocerebellar ataxia type 3 (SCA3), מפגע נוירולוגי הכרוך באיבוד של קואורדינציית שריר ושיווי משקל, בו אנליזה של הנסיוב של המטופל מראה רמות מופחתות של מטבוליטים של מעגל החומצה הטריקרבוקסילית (Yang ו חב' ב- Front Mol Neurosci משנת 2021). החדרה של PGK1 עטוף בתוך ליפוזומים, מפחיתה את הביטוי של SCA3-linked polyQ, בה בשעה שמודל של עכבר עם SCA3 המטופל באותה קומבינציה הראה שיפור בתפקוד המוטורי ושיפור בבריאות של תאי Purkinje (Chen וחב' ב-Drug Deliv Transl Res משנת 2024). מחקר זה הראה רמות נמוכות של הצטברות polyQ, מה שמשקף מחקר אחר שבחן את השפעת terazosin על איגור של חלבון. במודלים של איגור של FUS (או focused ultrasound) הכרוך עם ALS, או של α-synuclein הכרוך עם מחלת פרקינסון, או של tau הכרוך עם מחלת אלצהיימר, טיפול עם terazosin הפחית את איגור חלבונים בכל שלושת המודלים (Chen וחב' ב-Mol Neurobiol משנת 2023).ראיות נוספות בדבר היתרונות במודל של מחלת אלצהיימר מצאו ש-presenilin שהוא הקודמן של עמילואיד, במודל של עכברים שטופלו כרונית עם terazosin, נמצא משופר הלימוד והזיכרון, עם רמות מופחתות של של tau מזורחן בהיפוקמפוס ובקליפת המוח. לבסוף, במודל של אטרופיה ברקמות אחדות על ידי הצטברות של α-synuclein באוליגודנדרוציטים הביא לשיפור התפקוד המוטורי כתוצאה מרמות מוגברות במוח של ATP לאחר טיפול בן 6 חודשים עם terazosin, או ביטוי יתר של PGK1. באופן מעודד, ממצאים אלה נתמכים על ידי מחקר תצפיתי באוכלוסייה שמצא שגברים מטופלים עם terazosin, או עם doxazosin או עם alfuzosin, היו בסיכון מופחת לשיטיון עם גופיפי Lewy בהשוואה לביקורת (Hart ב-Neurology משנת 2024).
הוראות לביצוע הבדיקה==== יש ליטול את הדם לתוך מבחנה כימית (פקק אדום או צהוב), או למבחנת ספירת דם (EDTA, פקק בצבע סגלגל). יש להפוך את המבחנה מספר פעמים להבטיח ערבוב, ולשלוח את הדם למעבדה במבחנה המקורית ללא aliquoting. יציבות הדגימה המקוררת 20 יום.
שיטת הבדיקה: Kinetic Spectrophotometry.