هيدروكسيلاز الكوليسترول 24

إنزيم كوليسترول 24-هيدروكسيلاز ( EC 1.14.14.25 )، المعروف أيضًا باسم كوليسترول 24S-هيدروكسيلاز ، أو كوليسترول 24-أحادي الأكسجيناز ، أو CYP46 ، أو CYP46A1 ، هو إنزيم يحفز تحويل الكوليسترول إلى 24S-هيدروكسي كوليسترول . وهو مسؤول عن غالبية استقلاب الكوليسترول في الجهاز العصبي المركزي للإنسان . ^{[ 1 ]} الاسم النظامي لهذه الفئة من الإنزيمات هو كوليسترول، NADPH: أوكسيدوريدوكتاز (24-هيدروكسيل) .

ينتمي هذا الإنزيم إلى عائلة إنزيمات السيتوكروم P450 (CYP). ومثل العديد من إنزيمات CYP الأخرى التي تعمل على الكوليسترول، فإن إنزيم كوليسترول-24 هيدروكسيلاز هو أحادي الأكسجيناز الذي يقوم بهيدروكسلة السلسلة الجانبية للكوليسترول. ^{[ 2 ]}

نظرًا لأنّ 24S-هيدروكسي كوليسترول أكثر قطبية من الكوليسترول، فإنه يستطيع عبور الحاجز الدموي الدماغي بسهولة أكبر ليخرج من الدماغ وينتقل إلى مجرى الدم، حيث ينتقل بعد ذلك إلى الكبد ليتم تكسيره بشكل أكبر. ^{[ 3 ] [ 4 ]} وقد وُجد هذا الإنزيم أيضًا بكميات ضئيلة في شبكية العين ، حيث يؤدي الوظيفة نفسها ولكن بدرجة أقل. ^{[ 5 ]}

تم استنساخ الجين المشفر ( CYP46A1 ) لأول مرة في عام 1999، وتم تطوير نظام تعبير وتنقية واسع النطاق في بكتيريا الإشريكية القولونية في عام 2003. ^{[ 2 ] [ 6 ]}

تم تحديد البنية الإنزيمية لهيدروكسيلاز الكوليسترول البشري-24 عن طريق علم البلورات في مصدر إشعاع السنكروترون في ستانفورد ، وقد تبين أنه بروتين أحادي يحتوي على الهيم بوزن 57 كيلو دالتون (500 بقايا) ويرتبط بالشبكة الإندوبلازمية في الخلايا العصبية.

يتشابه إنزيم هيدروكسيلاز الكوليسترول-24 في بنيته مع العديد من إنزيمات السيتوكروم P450 الأخرى، إذ يمتلك، على سبيل المثال، امتدادًا محفوظًا من 23 حمضًا أمينيًا كارهًا للماء في الطرف الأميني، والتي تُشكل نطاقًا للتثبيت عبر الغشاء (الأحماض الأمينية من 3 إلى 27). ^{[ 7 ]}

مع ذلك، يحتوي الطرف الكربوكسيلي لإنزيم هيدروكسيلاز الكوليسترول-24 على منطقة فريدة غنية بالبرولين تتكون من 5 بقايا برولين متكررة، وهو نمط بنيوي غائب في جميع إنزيمات السيتوكروم p450 الأخرى ذات الصلة. وبينما لا تزال الوظيفة الدقيقة لبقايا البرولين هذه محل تكهنات كبيرة، فقد ثبت أن حذف هذه المنطقة يؤدي إلى انخفاض كفاءة الإنزيم التحفيزية بمقدار النصف. ^{[ 8 ]}

يؤدي ارتباط الكوليسترول إلى تغيير في بنية الإنزيم، وما يتبعه من ملاءمة مُستحثة للموقع النشط حول جزيء الكوليسترول، مما يُثبّت موقع الهيدروكسيل (C-24، C-25) بالقرب من المركز التحفيزي للإنزيم (على بُعد 5.7 أنغستروم من النواة الحديدية لجزيء الهيم، مما يسمح لوسائط أوكسي فيريل بإجراء عملية هيدروكسيل الكوليسترول). تحتوي منطقة حلقية، تُعرف بحلقة B'-C، على سلسلة من 5 بقايا (البقايا 116-120) خاصة بإنزيم كوليسترول-24 هيدروكسيلاز، تُساهم في تحديد موضع جزيء الكوليسترول داخل الموقع النشط. يشغل جزيء كوليسترول واحد الموقع النشط بأكمله، حيث يُثبّت الذيل الأليفاتي للكوليسترول في مكانه من خلال التفاعلات مع البقايا الكارهة للماء التالية: فينيل ألانين-121، فالين-126، إيزولوسين-301، ألانين-302، ألانين-367، ثريونين-475. يتم الوصول إلى الموقع النشط عبر مدخل واحد يتكون من حلزونين (B' و F) والصفيحة β1. ^{[ 8 ]}

لا توجد مواقع تنظيمية ألوستيرية معروفة .

يحفز إنزيم هيدروكسيلاز الكوليسترول-24 التفاعل التالي:

الكوليسترول

+ NADPH

 

 

O ₂ + H ⁺

H ₂ O

 

 

 

24 إس -هيدروكسي كوليسترول

+ NADP ⁺

 

الركائز الأربع لهذا الإنزيم هي الكوليسترول، وفوسفات ثنائي نيوكليوتيد الأدينين والنيكوتيناميد المرتبط بالهيموبروتين (NADPH)، والأكسجين، والبروتون . أما نواتج هذا الإنزيم فهي 24S- هيدروكسي كوليسترول، وNADP ⁺ المؤكسد ، والماء. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

كغيرها من إنزيمات السيتوكروم P450، يستخدم إنزيم هيدروكسيلاز الكوليسترول-24 وسيط أوكسيفيريل لهدرجة الكوليسترول. يأخذ جذر الأوكسيفيريل ذرة الهيدروجين من ذرة الكربون-24 لتكوين وسيط جذر ألكيل . ثم يتحد جذر ألكيل الكوليسترول مع الأكسجين النشط على الهيم لتكوين 24S-هيدروكسي كوليسترول. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

يساهم إنزيم هيدروكسيلاز الكوليسترول-24 في الحفاظ على توازن الكوليسترول في الدماغ عن طريق هيدروكسلة الكوليسترول عند ذرة الكربون رقم 24 لإنتاج 24S-هيدروكسي كوليسترول، مما يسمح بنقل الكوليسترول من الدماغ إلى الكبد. ^{[ 12 ]} ومع ذلك، لا تتم هيدروكسلة سوى حوالي 6-7  ملغ من الكوليسترول بواسطة هذا الإنزيم يوميًا، مما يشير إلى وجود وظائف أخرى غير معروفة حاليًا. وقد أظهرت التجارب المخبرية أنه قادر أيضًا على استقلاب 24S-هيدروكسي كوليسترول إلى 24،25- و24،27-ثنائي هيدروكسي كوليسترول. ^{[ 1 ]}

يمتلك إنزيم كوليسترول-24 هيدروكسيلاز مجموعة متنوعة من الركائز المحتملة، بما في ذلك: سلاسل الستيرويد الطويلة، ومشتقات الكوليسترول، ومجموعة متنوعة من الأدوية المرشحة. ^{[ 13 ] [ 14 ]} ولذلك، فمن المرجح أن يلعب دورًا في استقلاب الدهون في الدماغ يتجاوز مجرد تكسير الكوليسترول. ولأن 24S-هيدروكسي كوليسترول (المنتج الرئيسي لهذا الإنزيم) يُعد مُنشطًا رئيسيًا لمستقبلات أوكسيستيرول الكبد X (LXR)، فمن المحتمل أن يلعب إنزيم كوليسترول-24 هيدروكسيلاز دورًا تنظيميًا غير مباشر في استقلاب الدهون في الكبد. ^{[ 2 ] [ 15 ]} كما يُنظم 24S-هيدروكسي كوليسترول معدل تخليق الكوليسترول في الدماغ، حيث ثبت أن المستويات العالية منه تُقلل من مستويات mRNA للإنزيمات التالية المسؤولة عن تخليق الكوليسترول: إنزيم HMG CoA reductase ، وإنزيم سكوالين سينثاز ، وإنزيم FPP سينثاز. ^{[ 16 ]}

ارتبط التعبير المتغير لإنزيم كوليسترول-24 هيدروكسيلاز بظهور مرض الزهايمر لدى البشر. وقد أظهرت الدراسات انخفاضًا ملحوظًا في تعبير هذا الإنزيم في الخلايا العصبية لدى مرضى الزهايمر . ^{[ 17 ]} ونتيجةً لذلك، يرتفع مستوى الكوليسترول في أنسجة المخ بشكل ملحوظ، ^{[ 18 ]} وهو ما يتوافق مع الاتجاه الملاحظ لدى مرضى الزهايمر.

غالباً ما يُعزى تدهور الخلايا العصبية في مرض الزهايمر إلى عدم التوازن في استتباب الكوليسترول، ويفترض العديد من العلماء أن انخفاض التعبير عن هيدروكسيلاز الكوليسترول-24 قد يكون السبب الرئيسي لهذا الخلل.

من جهة أخرى، بينما ينخفض ​​التعبير الجيني في الخلايا العصبية، يرتفع التعبير في الخلايا النجمية لدى مرضى الزهايمر ، مما يؤدي إلى تراكم ناتج 24S-هيدروكسي كوليسترول. ^{[ 19 ]} وقد أظهرت دراسات حديثة أن ارتفاع مستويات 24S-هيدروكسي كوليسترول في الخلايا النجمية قد يؤدي إلى فقدان ناقلات الغلوتامات الدبقية (EAAT2) وما يترتب على ذلك من فقدان وظيفة امتصاص الغلوتامات في الدماغ، وهو عرض شائع آخر يُلاحظ لدى مرضى الزهايمر. ^{[ 20 ]}

مع ذلك، لا تزال العلاقة بين مستويات التعبير عن إنزيم كوليسترول-24 هيدروكسيلاز ومرض الزهايمر محل جدل. فبينما أظهرت بعض الدراسات وجود ارتباط إيجابي مؤكد بين تعدد الأشكال الجينية في الجين المشفر لهذا الإنزيم وظهور مرض الزهايمر، لم تجد دراسات أخرى مثل هذا الارتباط. ^{[ 21 ] [ 22 ]} كما لوحظ ارتفاع في مستوى التعبير عن إنزيم كوليسترول-24 هيدروكسيلاز لدى مرضى إصابات الدماغ الرضية، مما يؤدي إلى انخفاض مستويات الكوليسترول في غشاء البلازما. ويُفترض أن هذه هي الاستجابة الطبيعية للدماغ للإصابة. ^{[ 16 ]}

يُثبَّط إنزيم كوليسترول-24 هيدروكسيلاز بسهولة بواسطة العديد من الأدوية نظرًا لتخصصه الواسع في الركائز. وقد ثبت أنه يستقلب البوفورالول ، والبروجسترون ، والديكستروميثورفان ، والميثوكسي ريزوروفين ، والكورتيزول ، والديكلوفيناك ، والفيناسيتين ، والتستوستيرون . ^{[ 14 ]} إن قدرة هذا الإنزيم على التثبيط بواسطة العديد من المواد الغريبة تجعله مرشحًا رئيسيًا للعلاج الدوائي لمرض الزهايمر أو إصابات الدماغ الأخرى.

• موقع جينوم CYP46A1 البشري وصفحة تفاصيل جين CYP46A1 في متصفح جينوم UCSC .
• مدخل UniProt الخاص بهيدروكسيلاز الكوليسترول-24
• مدخل قاعدة بيانات HMDB
• تم أرشفة مدخل بنك بيانات البروتين RCSB بتاريخ 28 فبراير 2014 على موقع Wayback Machine.
• مراجعة حول إنزيم هيدروكسيلاز الكوليسترول-24
• آلية هيدروكسيل الهيم