يُمكّن جهاز CIQTEK EPR200M من إجراء أبحاث تاو-الغشاء الخاضعة لمراجعة الأقران في جامعة بوردو، فرنسا.

أهم النتائج والقيمة باختصار

يُعد فهم كيفية تفاعل البروتينات غير المنتظمة بنيويًا مع الأغشية البيولوجية تحديًا قائمًا منذ زمن طويل في الفيزياء الحيوية. في دراسة حديثة نُشرت في الكيمياء الفيزيائية الحيوية (2026، 329:107550)، الدكتور يان فيشو وفريقه في جامعة بوردو، فرنسا ، طورت التحليل الطيفي الكمي بالرنين المغناطيسي الإلكتروني طريقة للقياس المباشر تفاعلات بروتين تاو مع الدهون . لا يعتمد نهجهم على المجسات غير المباشرة أو إشارات التألق النسبية، مما يتيح التحديد الكمي الدقيق والمطلق لكل من مجموعات البروتينات الحرة والمرتبطة بالغشاء.

باستخدام مطياف الرنين المغناطيسي الإلكتروني CIQTEK EPR200M المكتبي ذو النطاق X قام الفريق بتحليل سلوك الارتباط كمياً بروتين تاو تم استخدام أغشية دهنية سالبة الشحنة، واستُخلصت التراكيز المطلقة لمجموعات البروتينات الحرة والمرتبطة، وحُددت ألفة الارتباط بأقل قدر من المدخلات التجريبية. لا يكشف هذا العمل عن رؤى آلية رئيسية حول تفاعلات تاو مع الغشاء فحسب، بل يُظهر أيضًا قوة CW EPR للتحليل الكمي في الأنظمة البيولوجية المعقدة.

خلفية: لماذا يُعدّ قياس تفاعلات البروتين مع الدهون أمراً بالغ الصعوبة؟

تلعب التفاعلات بين البروتينات والدهون دورًا محوريًا في الإشارات الخلوية، وتنظيم الأغشية، وتجمع البروتينات المرضية. في الأمراض التنكسية العصبية، مثل مرض الزهايمر، يُعتقد أن التفاعل بين بروتين تاو والأغشية الخلوية يُعد حدثًا مبكرًا حاسمًا يُحفز التجمع المرضي.

على الرغم من أهميتها، لا يزال التوصيف الكمي لهذه التفاعلات يمثل تحديًا. فالأغشية البيولوجية غير متجانسة وديناميكية وحساسة للغاية للظروف التجريبية. وغالبًا ما تكون التفاعلات نفسها ضعيفة وعابرة، وتشمل حالات بنائية متعددة. وعادةً ما توفر الطرق التقليدية، مثل فحوصات التألق أو القياس اللوني، إشارات نسبية وتتطلب منحنيات معايرة تُضيف مزيدًا من عدم اليقين.

مطيافية الرنين المغناطيسي الإلكتروني يقدم هذا النهج أسلوبًا مختلفًا جذريًا. فمن خلال فحص ديناميكيات الجزيئات الموسومة بالدوران بشكل مباشر، الرنين المغناطيسي الإلكتروني الكمي يوفر نافذة حساسة ودقيقة للحركة الجزيئية والارتباط والتقييد المطابق، مما يتيح تحديدًا دقيقًا لتفاعلات البروتين مع الدهون.

من أشكال الخطوط الطيفية إلى ديناميكيات الارتباط الجزيئي

بروتين تاو هو بروتين غير منظم بطبيعته، وتفاعله مع الأغشية الدهنية ينطوي على تغييرات طفيفة في الحركة الجزيئية بدلاً من إعادة ترتيبات هيكلية كبيرة. وهذا يجعل CW EPR مناسب بشكل خاص لهذه المشكلة.

تم وسم بروتين تاو بشكل محدد الموقع باستخدام تقنية الوسم الدوراني الموجه للموقع (SDSL). تم الحصول على أطياف الرنين المغناطيسي الإلكتروني المستمر على CIQTEK EPR200M عند درجة حرارة الغرفة و 150 كلفن مع زيادة تركيز الحويصلات متعددة الطبقات POPS (MLVs).

يُظهر بروتين تاو الحر طيفًا ضيقًا ومتناظرًا من ثلاثة خطوط، يتوافق مع حركة متناحية سريعة (τc ≈ 0.383 نانوثانية)، وهي سمة مميزة للبروتينات غير المنتظمة بنيويًا. ومع ازدياد تركيز POPS، يشير اتساع الطيف وزيادة أزمنة الارتباط الدوراني (حتى 2.25 نانوثانية) إلى تقييد تدريجي لحركة بروتين تاو عند ارتباطه بالغشاء.

الشكل 1. (أ) أطياف الرنين المغناطيسي الإلكتروني المستمر عند درجة حرارة الغرفة لبروتين تاو الموسوم بالدوران أثناء المعايرة مع زيادة تركيزات POPS MLVs، مما يُظهر تغيرات تدريجية في شكل الخط.
(ب) أطياف الرنين المغناطيسي الإلكتروني في الحالة المجمدة (150 كلفن) ومحاكاة تاو المسمى بالدوران في غياب (الأزرق) ووجود (الأحمر) 25 ملي مولار من POPS MLVs.
(ج) طيف الرنين المغناطيسي الإلكتروني لوحدات تاو الأحادية في بيئة حرة عند درجة حرارة الغرفة.
(د) طيف الرنين المغناطيسي الإلكتروني لوحدات تاو الأحادية في بيئة مقيدة عند درجة حرارة الغرفة. كان تركيز تاو 50 ميكرومولار. البيئة الحرة تمثل تاو في محلول منظم، بينما تمثل البيئة المقيدة تاو في محلول يحتوي على حويصلات متعددة الطبقات.

التحديد الكمي المطلق عبر فك التشفير الطيفي ثنائي المكونات

يتمثل أحد أهم الإنجازات الرئيسية لهذا العمل في استخدام شدة إشارة الرنين المغناطيسي الإلكتروني للقياس الكمي المطلق. تتناسب شدة الإشارة بشكل مباشر مع عدد الإلكترونات غير المزدوجة، مما يسمح بتحديد دقيق لتركيزات البروتين الحرة والمرتبطة دون الحاجة إلى معايير معايرة.

باستخدام استقرار خط الأساس العالي ونسبة الإشارة إلى الضوضاء لـ CIQTEK EPR200M تم تحليل الأطياف التجريبية خطيًا إلى مكونات حرة ومرتبطة بالغشاء. يُمكّن هذا التحليل الثنائي المكونات من حساب تركيزات البروتين المطلقة، مما يوفر أساسًا متينًا لبناء نماذج ارتباط من نوع هيل وتحديد ثوابت التفكك الظاهرية (K_D).

الشكل 2. (أ) أطياف الرنين المغناطيسي الإلكتروني التجريبية لبروتين تاو الموسوم بالدوران عند تركيزات POPS مختلفة (باللون الأسود) ومحاكاة أفضل ملاءمة المقابلة (من الأزرق إلى الأحمر).
(ب) مثال على التحلل الطيفي إلى مكونات حرة (زرقاء) ومكونات مقيدة (برتقالية اللون).

استراتيجية مبسطة لتحديد التقارب بسرعة ودقة

أظهر تحليل انتشار الخطأ الظروف المثلى لتحديد قيمة K_D بدقة: عندما يكون ما يقارب نصف جزيئات تاو مرتبطًا (θ ≈ 0.4–0.6)، يتم تقليل عدم اليقين التجريبي إلى أدنى حد. قياس واحد باستخدام الرنين المغناطيسي الإلكتروني (EPR) EPR200M يكفي للحصول على ثوابت تفكك ظاهرة تتطابق مع نتائج المعايرة الكاملة، مما يقلل من وقت التجربة واستهلاك العينة الثمينة.

أداء موثوق به يحظى بثقة المستخدمين الدوليين

ال CIQTEK EPR200M يُظهر الجهاز أداءً مستقرًا في نطاق الموجات الميكروية، وحساسية عالية في الكشف، وتشغيلًا موثوقًا به في درجة حرارة الغرفة. تدعم هذه الميزات الحصول على بيانات قابلة للتكرار لعينات بيولوجية معقدة، بدءًا من ديناميكيات درجة حرارة الغرفة وصولًا إلى تحليل البنية فائقة الدقة في درجات الحرارة المنخفضة.

يؤكد نجاح الطلب المقدم إلى جامعة بوردو أن أجهزة CIQTEK توفر دعماً قوياً لأبحاث علوم الحياة الرائدة في أوروبا وعلى مستوى العالم.

حلول CIQTEK EPR للبحوث الكمية

تقدم شركة CIQTEK مجموعة شاملة من أجهزة الرنين المغناطيسي الإلكتروني :

• أنظمة النطاق X ذات الموجة المستمرة والنبضية : يمكن وضعها على سطح الطاولة أو على الأرض، وهي متوافقة مع درجات الحرارة المتغيرة والإضاءة والكيمياء الكهربائية والوحدات الموجودة في الموقع.

• أنظمة النطاق Q و W ذات المجال العالي : مجالات مغناطيسية أعلى ودقة طيفية للمواد والحالات الكمومية والدراسات الفيزيائية الحيوية المتقدمة.

بفضل الأداء المُثبت، أجهزة CIQTEK EPR يتم تركيبها في جميع أنحاء أوروبا وأمريكا الشمالية وآسيا ، ودعم مئات من مختبرات الأبحاث والشركاء الصناعيين في جميع أنحاء العالم.