ص21

يُعدّ البروتين p21 مثبطًا قويًا لكينازات السيكلين المعتمدة (CKI). يرتبط هذا البروتين (CIP1/WAF1) بمعقدات السيكلين- CDK2 و CDK1 و CDK4 /6 ويُثبّط نشاطها ، وبالتالي يعمل كمنظم لتقدم دورة الخلية في طوري G1 و S. ^[ ₁₂ ^{] [ 13 ]} يحدث ارتباط p21 بمعقدات CDK عبر نطاقه الطرفي N، وهو نطاق مماثل لمثبطات CDK الأخرى من نوع CIP/KIP، وهما ^p27 و p57 . [ 6 ^{] ويحتوي تحديدًا} على وحدة Cy1 في النصف الطرفي N، ووحدة Cy2 أضعف في النصف الطرفي C، مما يسمح له بالارتباط بـ CDK في منطقة تمنع قدرته على تكوين معقدات مع السيكلينات، وبالتالي تمنع تنشيط CDK. ^{[ 14 ]}

أظهرت التجارب التي فحصت نشاط CDK2 داخل الخلايا المفردة أن البروتين p21 مسؤول عن انقسام نشاط CDK2 بعد الانقسام الخلوي؛ إذ تدخل الخلايا ذات المستويات العالية من p21 في حالة سكون ( G0 ₎ ، بينما تستمر الخلايا ذات المستويات المنخفضة من p21 في التكاثر. ^{[ 15 ]} ووجدت دراسات لاحقة أدلة على أن هذا الاستقرار الثنائي مدعوم بآلية تغذية راجعة سلبية مزدوجة بين p21 وCDK2، حيث يثبط CDK2 نشاط p21 عبر نشاط إنزيم يوبيكويتين ليغاز . ^{[ 16 ]}

يتفاعل البروتين p21 مع مستضد النواة للخلايا المتكاثرة ( PCNA )، وهو عامل مساعد لبوليميراز الحمض النووي، ويلعب دورًا تنظيميًا في تضاعف الحمض النووي في طور S وإصلاح تلف الحمض النووي. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} وبالتحديد، يتمتع p21 بألفة عالية لمنطقة ارتباط PIP-box على PCNA، ^{[ 20 ]} ويُقترح أن ارتباط p21 بهذه المنطقة يمنع ارتباط عوامل استمرارية التضاعف الضرورية لتخليق الحمض النووي في طور S المعتمد على PCNA، ولكنه لا يمنع إصلاح استئصال النوكليوتيدات (NER) المعتمد على PCNA. ^{[ 21 ]} وبالتالي، يعمل p21 كمثبط فعال لتخليق الحمض النووي في طور S مع السماح بإصلاح استئصال النوكليوتيدات، مما يؤدي إلى اقتراح أن p21 يعمل على اختيار عوامل استمرارية التضاعف لبوليميراز الحمض النووي بشكل تفضيلي اعتمادًا على سياق تخليق الحمض النووي. ^{[ 22 ]}

أُفيد بأن هذا البروتين يُشطر تحديدًا بواسطة كاسبازات شبيهة بـ CASP3 ، مما يؤدي إلى تنشيطٍ كبير لـ CDK2، وقد يكون له دورٌ أساسي في تنفيذ عملية الاستماتة الخلوية بعد تنشيط الكاسباز . مع ذلك، قد يُثبط p21 الاستماتة الخلوية ولا يُحفز موت الخلايا بمفرده. ^{[ 23 ]} كما أُفيد أيضًا بقدرة p21 على تثبيط الاستماتة الخلوية استجابةً لإجهاد شوكة التضاعف. ^{[ 24 ]}

أظهرت دراسات توقف دورة الخلية المعتمد على البروتين p53 استجابةً لتلف الحمض النووي أن البروتين p21 هو الوسيط الرئيسي لتوقف دورة الخلية في المراحل اللاحقة. وقد حدد الديري وزملاؤه بروتينًا يُدعى p21 (WAF1) موجودًا في الخلايا التي تُعبر عن البروتين p53 الطبيعي، ولكنه غير موجود في الخلايا التي تُعبر عن البروتين p53 الطافر. علاوة على ذلك، أدى التعبير المستمر عن البروتين p21 إلى توقف دورة الخلية في عدد من أنواع الخلايا. ^{[ 25 ]} كما وجد دولسيك وزملاؤه أن تشعيع الخلايا الليفية بأشعة غاما يحفز توقف دورة الخلية المعتمد على البروتينين p53 وp21، حيث وُجد أن البروتين p21 مرتبط بمركبات السيكلين E / CDK2 غير النشطة . ^{[ 26 ]} وفي نماذج الفئران، تبين أيضًا أنه على الرغم من أن الفئران التي تفتقر إلى البروتين p21 كانت سليمة، إلا أن أورامًا عفوية ظهرت، وتأثرت السيطرة على نقطة التفتيش G1 في الخلايا المشتقة من هذه الفئران. ^{[ 27 ] [ 13 ]} مجتمعة، حددت هذه الدراسات p21 باعتباره الوسيط الأساسي لتوقف دورة الخلية المعتمد على p53 استجابة لتلف الحمض النووي.

أظهرت دراسات حديثة استكشفت تنشيط البروتين p21 استجابةً لتلف الحمض النووي على مستوى الخلية الواحدة أن نشاط البروتين p53 النبضي يؤدي إلى نبضات لاحقة من البروتين p21، وأن قوة تنشيط p21 تعتمد على مرحلة دورة الخلية. ^{[ 28 ]} علاوة على ذلك، أظهرت دراسات مستويات p21 في مجموعات من الخلايا المنقسمة، غير المعرضة لعوامل تلف الحمض النووي، أن تلف الحمض النووي الذي يحدث في طور S من دورة الخلية الأم يمكن أن يحفز تراكم p21 خلال طوري G2 من دورة الخلية الأم وG1 من دورة الخلية البنت، مما يؤدي لاحقًا إلى توقف دورة الخلية؛ ^{[ 29 ]} وهذا ما يفسر التشعب في نشاط CDK2 الذي لوحظ في دراسة سبنسر وآخرون . ^{[ 15 ]}

يخضع البروتين p21 لتنظيم سلبي بواسطة إنزيمات يوبيكويتين ليغاز خلال دورة الخلية واستجابةً لتلف الحمض النووي. وقد ثبت، على وجه التحديد، خلال مرحلة الانتقال من G1 إلى S، أن مركب إنزيم يوبيكويتين ليغاز E3، SCF ^Skp2، يحفز تحلل البروتين p21. ^{[ 30 ] [ 31 ]} كما أظهرت الدراسات أن مركب إنزيم يوبيكويتين ليغاز E3، CRL4 ^Cdt2، يحلل البروتين p21 بطريقة تعتمد على PCNA خلال طور S، وهو أمر ضروري لمنع إعادة تضاعف الحمض النووي المعتمد على p21، ^{[ 32 ]} وكذلك استجابةً للأشعة فوق البنفسجية. ^{[ 33 ]} وقد أظهرت دراسات حديثة أن SCF ^Skp2 في خطوط الخلايا البشرية يُحلل p21 قرب نهاية طور G1، مما يسمح للخلايا بالخروج من حالة السكون، بينما يعمل CRL4 ^Cdt2 على تحليل p21 بمعدل أعلى بكثير من SCF ^Skp2 خلال مرحلة الانتقال من G1 إلى S، وبالتالي يحافظ على مستويات منخفضة من p21 طوال طور S. ^{[ 29 ]}