سحاب الليوسين

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
"منظر علوي"، أو رسم تخطيطي للعجلة الحلزونية ، لسحاب الليوسين، حيث يمثل d الليوسين ، مرتبة مع الأحماض الأمينية الأخرى على حلزونين ألفا متوازيين .

يُعدّ سحاب الليوسين ( أو مقص الليوسين [ 1 ] ) نمطًا بنيويًا ثلاثي الأبعاد شائعًا في البروتينات. وقد وُصف لأول مرة من قِبل لاندشولز وزملاؤه عام 1988 [ 2 ] عندما وجدوا أن بروتينًا رابطًا للمُحسِّن يحتوي على قطعة مميزة جدًا مكونة من 30 حمضًا أمينيًا، وكشف عرض تسلسلات هذه الأحماض الأمينية على حلزون ألفا مثالي عن تكرار دوري لبقايا الليوسين في كل موضع سابع على مسافة تغطي ثماني لفات حلزونية. واقتُرح أن قطع عديد الببتيد التي تحتوي على هذه المصفوفات الدورية من بقايا الليوسين توجد في هيئة حلزون ألفا، وأن السلاسل الجانبية لليوسين من حلزون ألفا واحد تتداخل مع تلك الموجودة في حلزون ألفا لعديد ببتيد آخر، مما يُسهِّل عملية التضاعف.

تُعدّ سحابات الليوسين نمطًا ثنائيًا لفئة عوامل النسخ حقيقية النواة bZIP (سحاب الليوسين في المنطقة الأساسية) . [ 3 ] يتراوح طول نطاق bZIP بين 60 و80 حمضًا أمينيًا، ويحتوي على منطقة أساسية محفوظة للغاية لربط الحمض النووي ، ومنطقة ثنائية أكثر تنوعًا لسحاب الليوسين. [ 4 ] تُستخدم سحابات الليوسين بشكل متكرر لإحداث ازدواج اصطناعي في هندسة البروتينات. يُعدّ تموضع الليوسينات أمرًا بالغ الأهمية لربط الحمض النووي بالبروتينات. توجد سحابات الليوسين في كل من البروتينات التنظيمية حقيقية النواة وبدائية النواة، ولكنها تُعدّ سمة أساسية لحقيقيات النوى. يمكن أيضًا تسميتها ببساطة ZIPs، وقد وُجدت أنماط شبيهة بـ ZIP في بروتينات أخرى غير عوامل النسخ، ويُعتقد أنها إحدى الوحدات البروتينية العامة للتفاعلات بين البروتينات . [ 5 ]

التسلسل والبنية

يظهر نطاق ربط الحمض النووي الآخر، وهو ثنائي الحلزون-الحلقة-الحلزون (HLH)، مرتبطًا بقطعة الحمض النووي - يمثل كل حلزون ألفا مونومر.

يتكون سحاب الليوسين من خلال ازدواج جزيئين محددين من حلزون ألفا مرتبطين بالحمض النووي. ويتشكل هذا السحاب نتيجة تفاعل برمائي بين نطاقين من نطاقات ZIP. يوجد نطاق ZIP في حلزون ألفا لكل جزيء، ويحتوي على الليوسين، أو أحماض أمينية شبيهة بالليوسين. تتوزع هذه الأحماض الأمينية في تسلسل عديد الببتيد لكل منطقة بطريقة تجعل بقايا الليوسين تصطف على نفس جانب الحلزون عند التفاف التسلسل في حلزون ألفا ثلاثي الأبعاد. تُسمى هذه المنطقة من حلزون ألفا - التي تحتوي على الليوسينات المصطفة - نطاق ZIP، ويمكن لليوسينات من كل نطاق ZIP أن تتفاعل بشكل ضعيف مع الليوسينات من نطاقات ZIP الأخرى، مما يؤدي إلى ترابط حلزونات ألفا الخاصة بها بشكل عكسي (ازدواج). وعندما تتحد هذه الحلزونات، يتشكل السحاب. يشكل الجانب الكاره للماء من الحلزون ثنائيًا مع نفسه أو مع حلزون آخر مشابه، مما يؤدي إلى دفن الأحماض الأمينية غير القطبية بعيدًا عن المذيب . أما الجانب المحب للماء من الحلزون فيتفاعل مع الماء الموجود في المذيب.

تُعتبر أنماط سحاب الليوسين نوعًا فرعيًا من اللوالب الملتفة ، والتي تتكون من حلزونين ألفا أو أكثر ملتفة حول بعضها لتشكيل لولب فائق . تحتوي اللوالب الملتفة على تكرارات من 3 و4 أحماض أمينية، يتوافق نمط كراهية الماء وتركيب الأحماض الأمينية فيها مع بنية حلزونات ألفا الأمفيباثية. تُشكل عناصر التسلسل المتناوبة المكونة من 3 و4 أحماض أمينية تكرارات سباعية، حيث تُرمز الأحماض الأمينية من a' إلى g'. [ 6 ] في حين أن الأحماض الأمينية في الموضعين a وd عادةً ما تكون كارهة للماء وتشكل نمطًا متعرجًا من النتوءات والثقوب التي تتشابك مع نمط مماثل على خيط آخر لتشكيل لب كاره للماء محكم، [ 7 ] فإن الأحماض الأمينية في الموضعين e وg هي أحماض أمينية مشحونة تساهم في التفاعل الكهروستاتيكي. [ 8 ]

في حالة سحابات الليوسين، تسود بقايا الليوسين في الموضع d من التكرار السباعي. تتراص هذه البقايا مقابل بعضها البعض في كل لفة ثانية من حلزونات ألفا، وتُستكمل المنطقة الكارهة للماء بين حلزونين ببقايا في المواضع a، والتي غالبًا ما تكون كارهة للماء أيضًا. يُشار إليها باسم اللفائف الملتفة ما لم يُثبت أهميتها لوظيفة البروتين. في هذه الحالة، تُدرج في القسم الفرعي "النطاق"، والذي سيكون نطاق bZIP. [ 9 ]

يمكن لنوعين مختلفين من هذه الحلزونات ألفا أن يتحدا لتشكيل سحاب لوسين غير متجانس ثنائي الوحدات. بوجود بقايا أحماض أمينية غير قطبية في الموضع e أو g، يمكن توليد رباعي غير متجانس يتكون من سحابين لوسين مختلفين في المختبر، مما يشير إلى أن كراهية الماء العامة لسطح التفاعل وتفاعل فان دير فالس قد يغيران تنظيم اللفائف الحلزونية ويلعبان دورًا في تكوين سحاب لوسين غير متجانس ثنائي الوحدات. [ 10 ]

ارتباط نوعي بين بروتينات bZIP والحمض النووي DNA

يتفاعل بروتين bZIP مع الحمض النووي DNA عبر بقايا أمينية قاعدية (انظر الأحماض الأمينية القاعدية في الجدول المرفق (رتب حسب الرقم الهيدروجيني)) لبعض الأحماض الأمينية في النطاق "القاعدي"، مثل الليسين والأرجينين . تتفاعل هذه البقايا القاعدية في الأخدود الكبير للحمض النووي DNA، مكونةً تفاعلات محددة التسلسل. دُرست آلية تنظيم النسخ بواسطة بروتينات bZIP بالتفصيل. تُظهر معظم بروتينات bZIP ألفة ارتباط عالية لزخارف ACGT، والتي تشمل CACGTG (صندوق G)، وGACGTC (صندوق C)، وTACGTA (صندوق A)، وAACGTT (صندوق T)، وزخرفة GCN4، وهي TGA(G/C)TCA. [ 2 ] [ 4 ] [ 11 ] توجد ثنائيات bZIP غير المتجانسة في مجموعة متنوعة من حقيقيات النوى، وهي أكثر شيوعًا في الكائنات الحية ذات التعقيد التطوري الأعلى. [ 12 ] تختلف بروتينات bZIP غير المتجانسة عن بروتينات bZIP المتجانسة، وتختلف فيما بينها في تقارب تفاعل البروتين-بروتين. [ 13 ] تُظهر هذه الثنائيات غير المتجانسة خصوصية ارتباط معقدة بالحمض النووي . عند دمجها مع شريك مختلف، ترتبط معظم أزواج bZIP بتسلسلات الحمض النووي التي يفضلها كل شريك على حدة. في بعض الحالات، يمكن أن يؤدي تكوين ثنائيات من شركاء bZIP مختلفين إلى تغيير تسلسل الحمض النووي الذي يستهدفه الزوج بطريقة لا يمكن التنبؤ بها بناءً على تفضيلات كل شريك على حدة. يشير هذا إلى أن عوامل النسخ bZIP، باعتبارها ثنائيات غير متجانسة، قادرة على تغيير تفضيلاتها للموقع الذي تستهدفه في الحمض النووي. إن قدرة نطاق bZIP على تكوين ثنائيات مع شركاء مختلفين توسع بشكل كبير المواقع على الجينوم التي يمكن لعوامل النسخ bZIP الارتباط بها والتي يمكنها من خلالها تنظيم التعبير الجيني. [ 13 ]

يمكن لعدد قليل من عوامل bZIP، مثل OsOBF1، التعرف على التسلسلات المتناظرة . [ 14 ] مع ذلك، فإن العوامل الأخرى، بما في ذلك LIP19 وOsZIP-2a وOsZIP-2b، لا ترتبط بتسلسلات الحمض النووي. بدلاً من ذلك، تُشكّل بروتينات bZIP هذه ثنائيات غير متجانسة مع عوامل bZIP أخرى لتنظيم أنشطة النسخ . [ 14 ] [ 15 ]

علم الأحياء

تشمل البروتينات التنظيمية ذات سحّاب الليوسين c-fos و c-jun (عامل النسخ AP1)، وهما منظمان مهمان للنمو الطبيعي، [ 16 ] بالإضافة إلى أفراد عائلة myc بما في ذلك myc و max و mxd1 . إذا تم إنتاجها بشكل مفرط أو حدثت بها طفرات في منطقة حيوية، فقد تسبب السرطان . [ 16 ]

تنظم عوامل النسخ التي تحتوي على BZIP عمليات بيولوجية متنوعة

يُعدّ البروتين النووي المنظم بواسطة عامل النسخ إنترلوكين 3 ( NFIL3 ) الذي يحتوي على نطاق bZIP، مثبطًا للنسخ، ويؤدي أدوارًا متعددة في تنظيم العمليات البيولوجية المختلفة. يتكون بروتين NFIL3 من 462 حمضًا أمينيًا، بما في ذلك نطاق b-ZIP. يحتوي الجزء الطرفي الأميني من هذا النطاق على النمط الأساسي الذي يرتبط مباشرةً بالحمض النووي DNA. أما الجزء الطرفي الكربوكسيلي من نطاق b-ZIP فيحتوي على منطقة سحاب لوسين أمفيباثية، تُسهّل عملية التماثل والتغاير الثنائي.

يتغير التعبير الجيني لـ Nfil3 بالتزامن مع الدورة اليومية ، ويُعدّ NFIL3 عاملًا مثبطًا يُنظّم هذه الدورة. يتنافس NFIL3 مع مُنشّط النسخ DBP (بروتين ربط مُحفّز الألبومين في الموقع D ) في الارتباط بعناصر D box في الحمض النووي، وهي أحد مواقع توافق عوامل النسخ اليومية. DBP هو بروتين bZIP آخر، ويُظهر نمطًا معاكسًا لمستوى التعبير عن NFIL3. فعندما يكون مستوى NFIL3 مرتفعًا، تُثبّط الجينات الخاضعة لسيطرة عناصر D box. ويؤدي فرط التعبير عن Nfil3 إلى تقصير الدورة اليومية.

يؤثر NFIL3 على بقاء الخلايا ويشارك في التسرطن. وقد ثبت أن NFIL3 عامل بقاء يمنع موت الخلايا المبرمج في أنواع عديدة من الخلايا، مما يؤدي إلى التسرطن. كما تبين أن ارتفاع مستوى التعبير عن NFIL3 يرتبط بسرطان الثدي. في الخلايا السرطانية، يرتبط NFIL3 بإنزيم هيستون دي أسيتيلاز 2 ( HDAC2 ) ويكبح الجينات المحفزة للموت المبرمج، مثل TRAIL وFAS، لمنع حدوثه. كما يمكن لـ NFIL3 أن يمنع الموت المبرمج في الخلايا السرطانية عن طريق الارتباط بالحمض النووي ومنع وصول عامل النسخ FOXO1 إلى جينات موت الخلايا، مما يعطل دورة الخلية ويعزز التسرطن. في سرطان القولون، قد يمنع NFIL3 أيضًا استقطاب نوع آخر من عوامل النسخ، وهي البروتينات الغنية بحمض البرولين (PAR).

يعمل بروتين NFIL3 كمثبط للجينات المرتبطة بتجديد الخلايا العصبية. يُعبَّر عن Nfil3 في الخلايا العصبية ذات القدرة على التجديد للحفاظ على نمو الخلايا تحت السيطرة. يُحفَّز التعبير عن Nfil3 بواسطة بروتين ربط عنصر استجابة cAMP المُفسفر ( CREB )، ويتنافس بروتين NFIL3 بدوره على مواقع الارتباط المشتركة مع CREB وبروتين ربط مُحسِّن CCAAT ( CEBP )، مما يُقلِّل من تنظيم الجينات المستهدفة لـ CREB وCEBP لمواجهة تأثير إشارات cAMP. في الوقت نفسه، يرتبط NFIL3 بمُحفِّزه الخاص لكبح تعبيره، مما يُنشئ آلية تنظيم ارتدادي سلبي لتجديد الخلايا العصبية.

يُعدّ NFIL3 مهمًا أيضًا في علم المناعة. فهو ضروري للخلايا القاتلة الطبيعية ، وحيوي لتطور ووظيفة خلايا مناعية أخرى، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر الاستجابة المضادة للالتهابات في الخلايا التائية المساعدة ، وإنتاج الغلوبولين المناعي E من الخلايا البائية، ونضوج الخلايا المتغصنة CD8a، وتنشيط الخلايا التائية CD8+. [ 17 ]

مراجع

  1. ↑ جليك، د.م. (1997). معجم الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية . مطبعة بورتلاند. رقم ISBN 978-1-85578-088-0.مقص قص الشعر
  2. 1 2 لاندشولز، دبليو إتش، جونسون، بي إف، ماكنايت، إس إل (يونيو 1988). "سحاب الليوسين: بنية افتراضية مشتركة بين فئة جديدة من البروتينات الرابطة للحمض النووي". مجلة ساينس . 240 (4860): 1759-1764 . Bibcode : 1988Sci...240.1759L . doi : 10.1126/science.3289117 . PMID 3289117. S2CID 42512 .  
  3. ↑ فينسون سي آر، سيجلر بي بي، ماكنايت إس إل (نوفمبر 1989). "نموذج قبضة المقص للتعرف على الحمض النووي بواسطة عائلة من بروتينات سحاب الليوسين". مجلة ساينس . 246 (4932): 911-916 . رمز Bibcode : 1989Sci...246..911V . doi : 10.1126/science.2683088 . PMID 2683088 . 
  4. 1 2 E ZG، Zhang YP، Zhou JH، Wang L (أبريل 2014). "مراجعة موجزة لأدوار عائلة جينات bZIP في الأرز" . أبحاث علم الوراثة والجزيئية . 13 (2): 3025-3036 . doi : 10.4238/2014.April.16.11 . PMID 24782137 . 
  5. ↑ هاكوشيما، ت. (2005). "سحابات الليوسين". موسوعة علوم الحياة . doi : 10.1038/npg.els.0005049 . ISBN 0-470-01617-5.
  6. ↑ هودجز، آر إس، سوديك، جيه، سميلي، إل بي، جوراسيك، إل (1973). "التروبوميوسين: تسلسل الأحماض الأمينية وبنية اللولب الملتف". ندوات كولد سبرينغ هاربور حول البيولوجيا الكمية . 37 : 299-310 . doi : 10.1101/SQB.1973.037.01.040 . ISSN 0091-7451 . 
  7. ↑ كريك، ف. هـ. (سبتمبر 1953). "تعبئة الحلزونات ألفا: اللفائف البسيطة" . أكتا كريستالوغرافيكا . 10 (6 (8-9)): 689-97 . doi : 10.1107/s0365110x53001964 .
  8. ↑ ماسون جيه إم، أرندت كيه إم (فبراير 2004). " مجالات اللفائف الحلزونية: الاستقرار، والخصوصية، والآثار البيولوجية". ChemBioChem . 5 (2): 170-176 . doi : 10.1002/cbic.200300781 . PMID 14760737. S2CID 39252601 .  
  9. ↑ كريلوف د، فينسون سي آر (2001). "سحاب الليوسين". موسوعة علوم الحياة . doi : 10.1038/npg.els.0003001 . ISBN 0-470-01617-5.
  10. ^ دنغ واي، ليو جي، تشنغ كيو، لي كيو، كالينباخ إن آر، لو إم (سبتمبر 2008). "رباعي سحاب الليوسين غير المتجانس" . الكيمياء والبيولوجيا . 15 (9): 908–19 . دوى : 10.1016/j.chembiol.2008.07.008 . بمك 7111190 . بميد 18804028 .  
  11. ↑ نيجهاوان أ، جاين م، تياجي أ ك، خورانا ج ب (فبراير 2008). "مسح جينومي وتحليل التعبير الجيني لعائلة عامل النسخ ذي السحاب اللولبي الأساسي في الأرز" . علم وظائف النبات . 146 (2): 333-350 . doi : 10.1104/pp.107.112821 . PMC 2245831. PMID 18065552 .  
  12. ↑ رينكي إيه دبليو، بايك جيه، آشنبرغ أو، كيتينغ إيه إي (مايو 2013). "شبكات تفاعلات بروتين-بروتين bZIP تنوعت على مدى مليار عام من التطور" . مجلة ساينس . 340 (6133): 730-734 . Bibcode : 2013Sci...340..730R . doi : 10.1126/science.1233465 . PMC 4115154. PMID 23661758 .  
  13. 1 2 Rodríguez-Martínez JA، Reinke AW، Bhimsaria D، Keating AE، Ansari AZ (فبراير 2017). "تعرض ثنائيات bZIP التوافقية مناظر طبيعية معقدة مرتبطة بالحمض النووي" . الحياة الإلكترونية . 6e19272 . دوى : 10.7554/eLife.19272 . بمك 5349851 . بميد 28186491 .  
  14. 1 2 شيميزو هـ، ساتو ك، بيربريتش ت، ميازاكي أ، أوزاكي ر، إيماي ر، كوسانو ت (أكتوبر 2005). "بروتين LIP19، وهو بروتين ذو منطقة أساسية من نوع سحاب الليوسين، يعمل كمفتاح جزيئي شبيه بـ Fos في إشارات البرد في نباتات الأرز" . علم وظائف النبات والخلايا . 46 (10): 1623-34 . doi : 10.1093/pcp/pci178 . PMID 16051676 . 
  15. ↑ نانتيل أ، كواترانو ر.س. (ديسمبر 1996). "توصيف ثلاثة عوامل أساسية/ذات سحاب لوسين في الأرز، بما في ذلك مثبطان لنشاط ارتباط EmBP-1 بالحمض النووي" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 271 (49): 31296-31305 . doi : 10.1074/jbc.271.49.31296 . PMID 8940135 . 
  16. 1 2 كوران، توم؛ فرانزا، ب. روبرت (نوفمبر 1988). "Fos وjun: صلة AP-1". الخلية . 55 ( 3): 395-397 . doi : 10.1016/0092-8674(88)90024-4 . ISSN 0092-8674 . PMID 3141060. S2CID 5068895 .   
  17. ↑ كينيري، ميغان؛ ديرث، روبرت ك.؛ بيرسانس، مايكل؛ بارسونز، رامون (30 يونيو 2014). "آفاق جديدة لعامل النسخ NFIL3 bZIP في السرطان، والتمثيل الغذائي، وما وراء ذلك" . ديسكفريز . 2 ( 2): e15. doi : 10.15190/d.2014.7 . PMC 4629104. PMID 26539561 .