المركز الأول

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

إنزيم توبويزوميراز 1 هو إنزيم يُشفّر في البشر بواسطة جين TOP1 . وهو إنزيم توبويزوميراز الحمض النووي ، الذي يحفز عملية الكسر المؤقت وإعادة ربط شريط واحد من الحمض النووي .

وظيفة

يشفر هذا الجين إنزيم توبويزوميراز الحمض النووي، وهو إنزيم يتحكم في الحالة الطوبولوجية للحمض النووي ويغيرها أثناء عملية النسخ. يحفز هذا الإنزيم عملية كسر وإعادة ربط مؤقتة لسلسلة مفردة من الحمض النووي، مما يسمح للسلسلة المكسورة بالدوران حول السلسلة السليمة، [ 5 ] وبالتالي تغيير طوبولوجيا الحمض النووي. يقع هذا الجين على الكروموسوم 20، وله جينات كاذبة على الكروموسومين 1 و22. [ 6 ]

الآلية

كما استعرض شامبو، [ 7 ] فإن أنواع توبويزوميراز IB، بما في ذلك TOP1، تشكل وسيطًا تساهميًا حيث يرتبط التيروزين في الموقع النشط بنهاية الفوسفات 3' للسلسلة المقطوعة بدلاً من نهاية الفوسفات 5'.

وُجد أن إنزيمات التوبويزوميراز I حقيقية النواة تُحدث شقوقًا في الحمض النووي، مع تفضيلها لتسلسل من النيوكليوتيدات يمتد من الموضع -4 إلى -1 من موقع الشق. النيوكليوتيدات المفضلة في السلسلة المراد قطعها هي 5'-(A/T)(G/C)(A/T)T-3'، حيث يرتبط الإنزيم تساهميًا ببقايا الثايمين (T) في الموضع -1، مع العلم أنه في بعض الأحيان قد توجد بقايا السيتوزين (C) في الموضع -1.

ينقسم بروتين TOP1 البشري إلى أربعة أجزاء. الأحماض الأمينية الـ 214 الأولى في الطرف الأميني غير ضرورية لفكّ الالتفاف الفائق في المختبر، وتحتوي على أربع إشارات لتحديد الموقع النووي ومواقع للتفاعل مع بروتينات خلوية أخرى . يلي هذا الجزء نطاق أساسي محفوظ للغاية، يتكون من 421 حمضًا أمينيًا، ويحتوي على جميع البقايا التحفيزية باستثناء التيروسين في الموقع النشط . ثم يليه نطاق رابط غير محفوظ جيدًا، يتكون من 77 حمضًا أمينيًا. وأخيرًا، يوجد نطاق طرفي كربوكسيلي، يتكون من 53 حمضًا أمينيًا. يقع التيروسين 723 في الموقع النشط ضمن هذا النطاق.

كما لخص بومير وسول وآخرون [ 5 ] [ 8 ]، يقوم إنزيم TOP1 بكسر الحمض النووي DNA عن طريق تفاعل تبادل الأسترة ، مستخدمًا التيروسين الموجود في الموقع النشط ككاشف نيوكليوفيلي يهاجم العمود الفقري الفوسفودايستري للحمض النووي. بعد أن يرتبط TOP1 تساهميًا بالنهاية 3' للسلسلة المكسورة، يتم فك الالتفاف الفائق للحمض النووي عن طريق دوران مُتحكم به حول السلسلة السليمة. بعد ذلك، تستطيع النهاية 5' الهيدروكسيلية للسلسلة المكسورة عكس رابطة الفوسفوتيروسيل، مما يسمح بتحرير TOP1 وإعادة ربط الحمض النووي. تتميز تفاعلات القطع والإغلاق بالسرعة، حيث يمكن أن تحدث حوالي 100 دورة في الثانية.

التثبيط

يُطلق على بنية TOP1-DNA المرتبطة تساهميًا لفترة وجيزة عند الطرف 3' لسلسلة DNA أحادية مقطوعة اسم مُركّب انقسام TOP1-DNA، أو TOP1cc. يُعدّ TOP1cc هدفًا مُحددًا لمثبطات TOP1 . ومن أوائل المثبطات التي ثبت استهدافها لـ TOP1 هو إيرينوتيكان . إيرينوتيكان هو نظير لقلويد كامبتوثيسين الطبيعي السام للخلايا ، والمستخلص من شجرة كامبتوثيكا أكيوميناتا الصينية . [ 9 ] يتميز إيرينوتيكان بفعاليته العالية بفضل ناتجه الأيضي SN-38 . يعمل كل من إيرينوتيكان و SN-38 عن طريق اصطياد مجموعة فرعية من مُركّبات انقسام TOP1-DNA، وهي تلك التي تحتوي على غوانين +1 في تسلسل DNA. [ 5 ] تتراص جزيئة واحدة من إيرينوتيكان أو SN-38 على أزواج القواعد المحيطة بموقع الانقسام المُحفَّز بواسطة إنزيم توبويزوميراز، مما يؤدي إلى تثبيط (تعطيل) إنزيم TOP1. [ 5 ] تُدرج مقالة كامبتوثيسين نظائر أخرى للكامبتوثيسين، بينما تُدرج مقالة مثبطات توبويزوميراز مركبات أخرى تُثبِّط إنزيم TOP1.

سرطان

منذ عام 1985، عُرف إنزيم TOP1 كهدف لعلاج أنواع السرطان لدى الإنسان. [ 9 ] تُعدّ نظائر الكامبتوثيسين، إيرينوتيكان وتوبوتيكان ، التي تُثبّط إنزيم TOP1، من بين أكثر عوامل العلاج الكيميائي المضادة للسرطان فعاليةً والمعتمدة من قِبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية والمستخدمة في الممارسة السريرية. يشير ارتفاع مستوى التعبير عن إنزيم TOP1 في سرطان الرئة ذي الخلايا غير الصغيرة الحامل لطفرة KRAS وارتباطه بمعدلات البقاء على قيد الحياة إلى أن مثبطات إنزيم TOP1 قد تُحقق فائدة أكبر عند استخدامها لعلاج المرضى المصابين بورم يحمل طفرة KRAS. [ 10 ]

الفتك الاصطناعي

يحدث الموت الخلوي التخليقي عندما يؤدي اجتماع عدة عيوب في التعبير عن جينين أو أكثر إلى موت الخلية، بينما لا يؤدي عيب في جين واحد فقط من هذه الجينات إلى ذلك. ويمكن أن تنشأ هذه العيوب من خلال الطفرات ، أو التغيرات فوق الجينية، أو تثبيط التعبير الجيني.

يبدو أن تعطيل إيرينوتيكان لـ TOP1 قاتل بشكل تركيبي عند اقترانه بنقص في التعبير عن بعض جينات إصلاح الحمض النووي المحددة.

كان تعطيل إنزيم TOP1 بواسطة الإيرينوتيكان قاتلاً بشكل تآزري مع نقص التعبير عن جين إصلاح الحمض النووي WRN لدى مرضى سرطان القولون. [ 11 ] في دراسة أجريت عام 2006، كان لدى 45 مريضًا أورام قولونية ذات محفزات جين WRN مفرطة المثيلة ( تعبير WRN صامت )، بينما كان لدى 43 مريضًا أورام ذات محفزات جين WRN غير مثيلة ، مما أدى إلى ارتفاع مستوى بروتين WRN. [ 11 ] كان الإيرينوتيكان أكثر فائدة للمرضى الذين لديهم محفزات WRN مفرطة المثيلة (معدل بقاء 39.4 شهرًا) مقارنةً بالمرضى الذين لديهم محفزات WRN غير مثيلة (معدل بقاء 20.7 شهرًا). يُلاحظ فرط مثيلة محفز جين WRN في حوالي 38% من سرطانات القولون والمستقيم . [ 11 ]

قد يكون تعطيل إنزيم TOP1 بواسطة الإيرينوتيكان قاتلاً بشكل غير مباشر مع نقص التعبير عن جين إصلاح الحمض النووي MRE11 . أُجريت دراسة حديثة على 1264 مريضًا مصابًا بسرطان القولون في المرحلة الثالثة. [ 12 ] عُولج المرضى بجرعة أسبوعية مساعدة بعد الجراحة من 5-فلورويوراسيل/ليوكوفورين (FU/LV)، أو بالإيرينوتيكان مع FU/LV، وخضعوا للمتابعة لمدة 8 سنوات. تبين أن 11% من الأورام تعاني من نقص في إنزيم إصلاح الحمض النووي MRE11 نتيجة حذف سلسلة من الثيميدينات في تسلسل الحمض النووي لجين MRE11 . أدى إضافة الإيرينوتيكان إلى FU/LV في بروتوكول العلاج إلى تحسن معدل البقاء على قيد الحياة خالياً من المرض على المدى الطويل لدى المرضى الذين يعانون من نقص MRE11 مقارنةً بالمرضى الذين لديهم MRE11 من النوع البري (على الرغم من أن التأثير كان طفيفًا)، مما يشير إلى وجود درجة من التفاعل القاتل بين تعطيل TOP1 الناتج عن الإيرينوتيكان ونقص MRE11 . [ 12 ]

تشير العديد من الدراسات ما قبل السريرية إلى وجود تأثير مميت اصطناعي للإيرينوتيكان مع حالات نقص إصلاح الحمض النووي الجينية أو اللاجينية الأخرى الشائعة في السرطانات. على سبيل المثال، غالبًا ما يكون جين إصلاح الحمض النووي ATM مفرط المثيلة (مُثبَّطًا) في العديد من السرطانات (انظر: فرط مثيلة ATM في السرطانات ). أظهرت دراسة أجريت عام 2016 أن انخفاض التعبير عن بروتين ATM في خلايا سرطان المعدة في المختبر وفي نموذج فأر تسبب في زيادة الحساسية للتثبيط بواسطة الإيرينوتيكان مقارنةً بالخلايا ذات التعبير العالي عن ATM. [ 13 ] يشير هذا إلى وجود تأثير مميت اصطناعي لنقص ATM مع نقص TOP1 الناتج عن الإيرينوتيكان. [ 13 ]

تمثلت إحدى الجهود ما قبل السريرية في دراسة مسحية للبحث عن مركب يكون قاتلاً بشكل تآزري مع نقص التعبير عن جين NDRG1 (الجين المنظم لـ N-myc). يُعد NDRG1 جينًا كابحًا لانتشار سرطان البروستاتا، [ 14 ] ويبدو أنه يلعب دورًا في إصلاح الحمض النووي. [ 15 ] كشف فحص 3360 مركبًا أن نقص TOP1 الناتج عن الإيرينوتيكان (ومركب آخر، بروميد السيتريمونيوم) يُظهر تأثيرًا قاتلاً تآزريًا مع نقص NDRG1 في خلايا سرطان البروستاتا. [ 14 ]

إصلاح الحمض النووي

يؤدي تعريض خلايا هيلا البشرية للأشعة فوق البنفسجية من النوع ب إلى تحفيز تكوين مركبات تساهمية بين إنزيم توبويزوميراز الأول والحمض النووي . [ 16 ] ويبدو أن لإنزيم توبويزوميراز الأول دورًا مباشرًا في إصلاح استئصال النيوكليوتيدات ، وهي عملية تزيل تلف الحمض النووي الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية من النوع ب، وغيره من أنواع تلف الحمض النووي. [ 16 ]

التفاعلات

ثبت أن البروتين TOP1 يتفاعل مع:

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 GRCh38: إصدار Ensembl رقم 89: ENSG00000198900 – Ensembl ، مايو 2017
  2. 1 2 3 GRCm38: إصدار Ensembl رقم 89: ENSMUSG00000070544 – Ensembl ، مايو 2017
  3. ↑ "مرجع PubMed البشري:" . المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية، المكتبة الوطنية الأمريكية للطب .
  4. ↑ "مرجع PubMed للفأر:" . المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية، المكتبة الوطنية الأمريكية للطب .
  5. 1 2 3 4 بومير واي (2013). "استهداف إنزيمات التوبويزوميراز بالأدوية: دروس وتحديات" . مجلة ACS للكيمياء الحيوية . 8 (1): 82-95 . doi : 10.1021/cb300648v . PMC 3549721. PMID 23259582 .  
  6. ↑ "Entrez Gene: TOP1 topoisomerase (DNA) I" .
  7. ↑ شامبو جيه جيه (2001). "إنزيمات توبويزوميراز الحمض النووي: التركيب والوظيفة والآلية". المراجعة السنوية للكيمياء الحيوية . 70 : 369-413 . doi : 10.1146/annurev.biochem.70.1.369 . PMID 11395412 . 
  8. ↑ سيول واي، تشانغ إتش، بومير واي، نيومان كيه سي (2012). "آلية حركية تتحكم في إعادة ربط التوبويزوميراز من النوع IB وتحدد حساسية الكامبتوثيسين" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 109 (40): 16125-16130 . Bibcode : 2012PNAS..10916125S . doi : 10.1073/pnas.1206480109 . PMC 3479559. PMID 22991469 .  
  9. 1 2 ليو واي كيو، لي دبليو كيو، موريس-ناتشكي إس إل، تشيان كيه، يانغ إل، تشو جي إكس، وآخرون . (2015). "وجهات نظر حول مشتقات الكامبتوثيسين النشطة بيولوجيًا" . مراجعات البحوث الطبية . 35 (4): 753-789 . doi : 10.1002/med.21342 . PMC 4465867. PMID 25808858 .   
  10. ↑ ناجي أ، بونغور إل إس، سابو أ، سانتاربيا م، جيورفي ب (فبراير 2017). "بصمة التعبير الجيني المدفوعة بـ KRAS لها قدرة تنبؤية تفوق حالة الطفرة في سرطان الرئة غير صغير الخلايا" . المجلة الدولية للسرطان . 140 (4): 930-937 . doi : 10.1002/ijc.30509 . PMC 5299512. PMID 27859136 .  
  11. أغريلو ر، تشينغ و.هـ، سيتيين ف، روبيرو س، إسبادا ج، فراغا م.ف، وآخرون (2006). " التعطيل اللاجيني لجين متلازمة ويرنر للشيخوخة المبكرة في سرطان الإنسان" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 103 ( 23 ): 8822-8827 . Bibcode : 2006PNAS..103.8822A . doi : 10.1073 / pnas.0600645103 . PMC 1466544. PMID 16723399 .   
  12. بافيلتز تي ، رينفرو إل، فوستر إن آر، كاراكول إيه، ويلش بي، لاو في في، وآخرون (2014). "يرتبط نقص MRE11 بتحسن البقاء على قيد الحياة الخالي من المرض على المدى الطويل والبقاء على قيد الحياة بشكل عام في مجموعة فرعية من مرضى سرطان القولون في المرحلة الثالثة في تجربة CALGB 89803 العشوائية" . PLOS ONE . 9 (10) e108483. Bibcode : 2014PLoSO...9j8483P . doi : 10.1371/journal.pone.0108483 . PMC 4195600. PMID 25310185 .   
  13. 1 2 سوبهاش في في، تان إس إتش، يو إم إس، يان إف إل، بيثالا بي سي، ليم إن، وآخرون (2016). "يتنبأ التعبير عن جين ATM بحساسية سرطان المعدة لعقاري فيليباريب وإيرينوتيكان من خلال التوسط في تنظيم دورة الخلية والاستماتة الخلوية بشكل مستقل عن البروتين P53" . العلاجات الجزيئية للسرطان . 15 (12): 3087-3096 . doi : 10.1158/1535-7163.MCT-15-1002 . PMID 27638859 .  
  14. 1 2 Wissing MD, Mendonca J, Kim E, Kim E, Shim JS, Kaelber NS, et al. (2013). " تحديد بروميد السيتريمونيوم والإيرينوتيكان كمركبين ذوي فتك اصطناعي ضد خلايا سرطان البروستاتا التي تعاني من نقص NDRG1" . بيولوجيا وعلاج السرطان . 14 (5): 401-410 . doi : 10.4161/cbt.23759 . PMC 3672184. PMID 23377825 .   
  15. ↑ دومينيك جي، باومان جيه، لي إكس، ميلر آر إيه، غارسيا جي جي (2016). "ينظم mTOR التعبير عن إنزيمات استجابة تلف الحمض النووي في فئران سنيل القزمة طويلة العمر، وفئران GHRKO، وفئران PAPPA-KO" . خلية الشيخوخة . 16 (1): 52-60 . doi : 10.1111/acel.12525 . PMC 5242303. PMID 27618784 .  
  16. 1 2 سوبرامانيان د، روزنشتاين ب س، مولر م ت (مارس 1998). "يحفز تلف الحمض النووي الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية تكوين معقد توبويزوميراز الأول-الحمض النووي في الجسم الحي: علاقة محتملة بإصلاح الحمض النووي". أبحاث السرطان . 58 (5): 976-984 . PMID 9500459 . 
  17. ↑ لابورييه إي، روسي إف، غالوزي آي إي، أليماند إي، ديفيتا جي، تازي جيه (يونيو 1998). "يحدد التفاعل بين النطاق الطرفي N لتوبويزوميراز الحمض النووي البشري الأول ونطاق الأرجينين-سيرين لركيزته فسفرة عامل الربط SF2/ASF" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 26 (12): 2955-2962 . doi : 10.1093 / nar/26.12.2955 . PMC 147637. PMID 9611241 .  
  18. ↑ أندرسن إف إف، تانج تو، سيناثامبي تي، أولسن جي آر، أندرسن كيه، ويستيرجارد أو، وآخرون . (سبتمبر 2002). "عامل الربط RNA ASF / SF2 يمنع التوبويزوميراز البشري الذي يتوسط استرخاء الحمض النووي". مجلة البيولوجيا الجزيئية . 322 (4): 677–686 . دوى : 10.1016/s0022-2836(02)00815-x . بميد 12270705 .  
  19. 1 2 Xu L, Yang L, Hashimoto K, Anderson M, Kohlhagen G, Pommier Y, et al. (2002). " توصيف BTBD1 وBTBD2، وهما بروتينان متشابهان يحتويان على نطاق BTB ويشبهان بروتينات Kelch ويتفاعلان مع إنزيم Topoisomerase I" . BMC Genomics . 3 1. doi : 10.1186/1471-2164-3-1 . PMC 64781. PMID 11818025 .   
  20. ↑ هالوسكا ب، سليم أ، إدواردز ت ك، روبين إي إتش (أبريل 1998). "التفاعل بين الطرف الأميني لتوبويزوميراز I البشري ومستضد T الكبير لفيروس SV40" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 26 (7): 1841-1847 . doi : 10.1093/nar/26.7.1841 . PMC 147454. PMID 9512561 .  
  21. ↑ بهارتي إيه كيه، أولسون إم أو، كوف دي دبليو، روبين إي إتش (يناير 1996). "تحديد موقع ارتباط النيوكليولين في توبويزوميراز I البشري" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 271 (4): 1993-1997 . doi : 10.1074/jbc.271.4.1993 . PMID 8567649 . 
  22. ↑ غوبيرت سي، سكلادانوفسكي أ، لارسن إيه كيه (أغسطس 1999). "يختلف تنظيم التفاعل بين البروتين p53 وإنزيم توبويزوميراز الحمض النووي الأول في الخلايا التي تحتوي على البروتين p53 من النوع البري والطافر" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 96 (18): 10355-10360 . Bibcode : 1999PNAS...9610355G . doi : 10.1073 / pnas.96.18.10355 . PMC 17892. PMID 10468612 .  
  23. ↑ ماو ي، ميهل آي آر، مولر إم تي (فبراير 2002). "يرتبط التوزيع دون النووي لتوبويزوميراز الأول بعملية النسخ الجارية وحالة البروتين p53" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 99 (3): 1235-1240 . Bibcode : 2002PNAS...99.1235M . doi : 10.1073/pnas.022631899 . PMC 122173. PMID 11805286 .  
  24. ↑ ماو ي، صن م، ديساي إس دي، ليو إل إف (أبريل 2000). "اقتران SUMO-1 مع توبويزوميراز I: استجابة إصلاحية محتملة لتلف الحمض النووي الناتج عن توبويزوميراز" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 97 (8 ) : 4046-4051 . Bibcode : 2000PNAS...97.4046M . doi : 10.1073/pnas.080536597 . PMC 18143. PMID 10759568 .  
  • نظرة عامة على جميع المعلومات الهيكلية المتاحة في PDB لـ UniProt : P11387 (DNA topoisomerase 1) في PDBe-KB .