אדנילאט קינאז - Adenylate kinase

הדפס

מדריך בדיקות מעבדה
אדנילאט קינאז
Adenylate kinase
שמות אחרים	ADK, myokinase
מעבדה	המטולוגיה, כימיה בדם
תחום	ברור אנמיה המוליטית לא-ספרוציטית.
טווח ערכים תקין	מעל גיל 12 חודשים - 195-276 U/g Hb. ביילודים רמת הפעילות של AK יכולה להיות באופן נורמלי נמוכה באופן קל או מתון מהרמה במבוגרים.
יוצר הערך	פרופ' בן-עמי סלע

מטרת הבדיקה

הערכת פעילות האנזים adenylate kinase כחלק מהערכת תרחיש של אנמיה המוליטית לא-ספרוציטית כרונית.

מידע קליני

Adenylate kinase (להלן AK) הוא אנזים מונומרי המקטלז את ההמרה של nucleotide phosphoryl של adenosine triphosphate (להלן ATP) ו-adenosine monophosphate (להלן AMP) ל-2 מולקולות של adenosine diphosphate (להלן ADP), או ההמרה של 2 מולקולות ADP ל-ATP ול-AMP. באופן נורמלי, הרמה של אנזים זה ביילודים נמוכה מזו שבמבוגרים באופן קל עד מתון. חסר של AK היא סיבה נדירה של אנמיה המוליטית לא-ספרוציטית אוטוזומלית-רצסיבית (Toren וחב' ב- Brit J Haematol משנת 1994, Corrons וחב' ב-Blood משנת 2003, ו-Koralkova וחב' ב-Int J Lab Hematol משנת 2014). למרות נדירותה, אנמיה הנגרמת מחסר AK, תוארה במשפחות רבות ממוצא אתני שונה. הטרוזיגוטיות לגבי מפגע גנטי זה היא א-תסמינית עם פנוטיפ תקין. אלה שהם הומוזיגוטים או שהם compound heterozygous מפגינים אנמיה המוליטית לא-ספרוציטית כרונית עם רמות המוגלובין של 8-9 גרם/דציליטר, עם היפר-בילירובינמיה ואבני מרה. התסמינים מתגלים כבר בשנות הילדות המוקדמות, כאשר חלק מהלוקים בחסר AK סובלים מפגיעה פסיכו-מוטורית, אם כי הפתוגנזה של מפגעים אלה אינה מובנת. באלה עם חסר של AK הסובלים גם מחסר האנזים glucose 6-phosphate dehydrogenase (או G6PD). האנמיה חמורה יותר ורמת ההמוגלובין עלולה לרדת ל-6 גרם/דציליטר. הפעילות של AK במצבי חסר נעה בין 0-44% מהפעילות הנורמלית של האנזים, אך לרוב היא נמוכה מ-33% מהפעילות התקינה. בנשאים, פעילות AK יכולה להיות נורמלית או נמוכה רק באופן קל, ובאלה שהם הומוזיגוטים לחסר, פעילות האנזים נמוכה משמעותית. כריתת הטחול מסייעת למניעת אנמיה המוליטית הנגרמת על ידי החסר ב-AK (Nizuma וחב' ב-Pediatr Int משנת 2017).

האנזים AK זוהה גם במספר מיני חיידקים ושמרים (Cooper ו-Friedberg ב-Gene משנת 1992). מספר שיירים ב-AK משומרים באיזופורמים השונים, מה שמדגיש את חשיבותם לקטליזה. אחד השיירים המשומרים ביותר הוא ארגינין , שהמודיפיקציה שלו גורמת לאינאקטיבציה של האנזים. כמו כן חשוב שייר של חומצה אספרטית הממוקם בשקע (cleft) הקטליטי של האנזים. שייר משומר מאוד נוסף הוא Arg119, הממוקם באזור הקישור של האנזים לאדנוזין. רֶשֶׁת שיירים משומרים בעלי מטען חשמלי חיובי (Lys13, Arg123, Arg156 ו-Arg167) זוהו ב-AK של E. coli, והמטען השלילי של קבוצת הפוספוריל חיוני לטרנספר של קבוצה זו. האנזים AK נפוץ בגוף והוא כרוך המטבוליזם של תהליכי אנרגיה והומאוסטאזיס של יחסי adenine nucleotide באברוני תא שונים. AK מופיע בגרעין התא, בציטוזול או במיטוכונדריה של רקמות מגוונות. בערך 30-40% של פעילות AK מתקיימת במיטוכונדריה של שריר הלב. אנזים זה משחק גם תפקיד חשוב בהתאוששות ממצב של איסכמיה, וכן באפופטוזיס. מוטציה בגן של AK כרוכה ב-combined immunodeficiency חמור המכונה reticular dysgenesis.

מנגנון הפעולה

הטרנספר של פוטספוריל מתרחש רק כאשר יש הרחקה של מולקולות מים, מה שמפחית את המחסום האנרגטי הנדרש לצורך התקפה נוקלאופילית על ידי ה-α-phosphoryl של AMP על קבוצת ה-γ-phosphoryl של ATP, מה שמביא ליצירת ADP על ידי טרנספר של קבוצת ה-γ-phosphoryl ל-AMP. שני שיירים מרוחקים של חומצה אספרטית נקשרים לרשת של ארגינין, גורמים לאנזים להתקפל ומפחיתים את גמישותו. קו-פקטור של מגנזיום גם כן נדרש, כיוון שהוא חיוני להגברת האלקטרופיליות של הפוספאט על פני AMP (Müller ו-Schulz ב-J Mol Biol משנת 1992). מחקר אחר בחן את הקונפורמציות של AK בהיקשרו ל-ATP ול-AMP (Whitford וחב' ב-J Mol Biol משנת 2007). מחקר זה הראה שיש 3 קונפורמציות רלוונטיות של "ליבת AK", "ליבתית", "פתוחה" ו"סגורה". באנזים AK ישנם 2 מקטעים קטנים הקרויים LID ו-NMP (Daily וחב' ב-J Mol Biol משנת 2010). ATP נקשר בכיס הנוצר על ידי מקטעי LID ו-Core, ואילו AMP נקשר בכיס הנוצר על ידי מקטעי NMP ו-CORE.

היציבות הטרמודינמית המקומית של המקטעים הנקשרים למצע ATPlid ו-AMPlid נמצאה נמוכה משמעותית בהשוואה למקטע CORE ב-AK של E. coli (Rundqvist וחב' ב-Biochemistry משנת 2009). קישור למצעים גורם להעדפה של קונפורמציית האנזים "הסגורה", שתפקידה לסייע בהרחקת מים מהאתר הפעיל כדי למנוע הידרוליזה של ATP ובנוסף לסייע באופטימיזציה של הגישור בין האנזים למצע, לצורך הטרנספר של פוספוריל (Olsson ו-Wolf-Watz ב-Nat Commun משנת 2010).

תפקוד האנזים-ניטור מטבולי

היכולת של התא להעריך באופן דינמי רמות אנרגיה, מאפשרת לו לנטר תהליכים מטבוליים (Dzeja ו-Terzic ב-Int J Mol Sci משנת 2009). ניטור זה ושינוי רמות ADP , ATP ו-AMP, הופכים את AK לווסת חשוב של בזבוז אנרגיה ברמת התא (Dzeja וחב' ב-PLos One משת 2011). כאשר רמות האנרגיה משתנות בהשפעת עקות מטבוליות שונות, AK מסוגל אז לייצר AMP שמסוגל לדוגמה לעודד קולטנים שונים התלויים ב-AMP כגון אלה הכרוכים במסלולים גליקוליטיים, בתעלות K-ATP, וב-AMP activated protein kinase‏'5 (או AMPK). גורמים שכיחים המשפיעים על רמות אדנין נוקלאוטיד וממילא על פעילות AK, הם פעילות גופנית, עקה, שינויים ברמות הורמונים ודיאטה. האנזים AK נמצא במיטוכונדריה ובחלקי התא המיו-פיברילריים, והוא גורם ל-2 פוספורילים עתירי-אנרגיה (β ו-γ) של ה-ATP להיות זמינים לטרנספר בין המולקולות של אדנין נוקלאוטיד. למעשה, AK מוביל ATP לאזורים הצורכים אנרגיה גבוהה, ומסלק את ה-AMP הנוצר במהלך ריאקציות אלה. מעברי פוספאט אלה חיוניים מאוד על כלל ההומאוסטאזיס של התא.

חסר של האנזים nucleoside diphosphate kinase

האנזים NDP מקטלז in vivo את הסינתזה התלויה ב-ATP של ribo- ושל deoxyribonucleoside תלת פוספאטים. בחיידק E. coli מוטנט, עם חסר של nucleoside diphosphate kinase, האנזים AK מבצע את שתי הפונקציות, ומתקן את המצב של חסר nucleoside diphosphate kinase (על פי Lu ו-Inouye ב-Proc Natl Acad Sci USA משנת 1996). חסר של AK באריתרוציטים כרוך באנמיה המוליטית (Matsuura וחב' ב-J Biol Chem משנת 1989). זהו פגם אנזימטי נדיר באריתרוציטים שכרוך במספר מקרים בפיגור ובפגיעה פסיכו-מוטורית (Abrusci וחב' ב-Exp Hematol משנת 2007).