هيدروكسيلاز التيروسين

إنزيم هيدروكسيلاز التيروسين، أو أحادي أوكسيجيناز التيروسين 3، هو الإنزيم المسؤول عن تحفيز تحويل الحمض الأميني L- تيروسين إلى L -3،4-ثنائي هيدروكسي فينيل ألانين ( L -DOPA). ^{[ 5 ] [ 6 ]} ويتم ذلك باستخدام الأكسجين الجزيئي (O2 ₎ ، بالإضافة إلى الحديد (Fe2 ⁺ ) والتتراهيدروبايوبترين كعوامل مساعدة . يُعد L -DOPA طليعة للدوبامين ، الذي بدوره طليعة للناقلات العصبية المهمة النورأدرينالين (نورإبينفرين) والأدرينالين (إبينفرين). يحفز إنزيم هيدروكسيلاز التيروسين الخطوة المحددة لمعدل التفاعل في عملية تخليق الكاتيكولامينات . في البشر، يتم ترميز إنزيم التيروسين هيدروكسيلاز بواسطة جين TH ، ^{[ 6 ]} ويتواجد هذا الإنزيم في الجهاز العصبي المركزي ، والخلايا العصبية الودية الطرفية، ونخاع الغدة الكظرية . ^{[ 6 ]} يشكل كل من التيروسين هيدروكسيلاز، والفينيل ألانين هيدروكسيلاز، والتريبتوفان هيدروكسيلاز عائلة هيدروكسيلاز الأحماض الأمينية العطرية (AAAHs).

يحفز إنزيم هيدروكسيلاز التيروسين التفاعل الذي يتم فيه هيدروكسلة L- تيروسين في الوضع ميتا للحصول على L -3,4-ثنائي هيدروكسي فينيل ألانين ( L -DOPA). هذا الإنزيم هو أوكسيجيناز، أي أنه يستخدم الأكسجين الجزيئي لهيدروكسلة ركائزه. تُستخدم إحدى ذرات الأكسجين في O₂ لهيدروكسلة جزيء التيروسين للحصول على _L - DOPA، بينما تُستخدم الذرة الأخرى لهيدروكسلة العامل المساعد. ومثل هيدروكسيلازات الأحماض الأمينية العطرية الأخرى (AAAHs)، يستخدم هيدروكسيلاز التيروسين العامل المساعد رباعي هيدروبترين (BH₄ ₎ في الظروف الطبيعية، على الرغم من أن جزيئات أخرى مماثلة قد تعمل أيضًا كعامل مساعد لهيدروكسيلاز التيروسين. ^{[ 7 ]}

يحوّل إنزيم AAAHs العامل المساعد 5،6،7،8-رباعي هيدروبترين (BH₄ ₎ إلى رباعي هيدروبترين-4α-كاربينولامين (4α-BH₄ ₎ . في الظروف الفيزيولوجية، يُنزع الماء من 4α-BH₄ ليتحول إلى _{كينونويد} -ثنائي هيدروبترين (q-BH₂ ₎ بواسطة إنزيم نازع الماء من بترين-4α-كاربينولامين (PCD)، وينتج عن هذا التفاعل جزيء ماء. ^{[ 8 ] [ 9 ]} بعد ذلك، يحوّل إنزيم مختزلة ثنائي هيدروبتريدين (DHPR) المعتمد على NAD(P)H، q-BH₂ _مرة أخرى إلى BH₄ _. [ ^{8 ] ترتبط} كل وحدة فرعية من الوحدات الأربع في هيدروكسيلاز التيروسين بذرة حديد (II) موجودة في الموقع النشط. تُعد حالة أكسدة ذرة الحديد هذه مهمةً للدورة التحفيزية في التفاعل الإنزيمي. فإذا تأكسد الحديد إلى Fe(III)، يُصبح الإنزيم غير نشط. ^{[ 10 ]}

يمكن تحويل ناتج التفاعل الإنزيمي، ليفودوبا ( L -DOPA)، إلى دوبامين بواسطة إنزيم ديكاربوكسيلاز الدوبا . ويمكن تحويل الدوبامين إلى نورإبينفرين بواسطة إنزيم هيدروكسيلاز بيتا الدوبامين ، والذي يمكن تعديله لاحقًا بواسطة إنزيم فينيل إيثانول إن-ميثيل ترانسفيراز للحصول على إبينفرين. ^{[ 11 ]} وبما أن ليفودوبا (L -DOPA) هو طليعة النواقل العصبية الدوبامين والنورأدرينالين والأدرينالين، فإن إنزيم تيروسين هيدروكسيلاز يوجد في سيتوبلازم جميع الخلايا التي تحتوي على هذه الكاتيكولامينات . وقد ثبت أن هذا التفاعل الأولي الذي يحفزه إنزيم تيروسين هيدروكسيلاز هو الخطوة المحددة لمعدل إنتاج الكاتيكولامينات. ^{[ 11 ]}

يتميز هذا الإنزيم بتخصصه العالي، إذ لا يقبل مشتقات الإندول ، وهو أمر غير معتاد نظرًا لأن العديد من الإنزيمات الأخرى المشاركة في إنتاج الكاتيكولامينات تقبلها. يُعد التربتوفان ركيزة ضعيفة لهيدروكسيلاز التيروسين، ولكنه قادر على هيدروكسلة L- فينيل ألانين لتكوين L- تيروسين وكميات ضئيلة من 3-هيدروكسي فينيل ألانين. ^{[ 7 ] [ 12 ] [ 13 ]} بعد ذلك، يمكن للإنزيم أن يحفز L- تيروسين لتكوين L- دوبا. قد يشارك هيدروكسيلاز التيروسين أيضًا في تفاعلات أخرى، مثل أكسدة L- دوبا لتكوين 5-S-سيستئينيل-دوبا أو مشتقات أخرى من L- دوبا. ^{[ 7 ] [ 14 ]}

إنزيم هيدروكسيلاز التيروسين هو رباعي الوحدات ، يتكون من أربع وحدات فرعية متطابقة ( رباعي الوحدات المتماثل ). تتألف كل وحدة فرعية من ثلاثة نطاقات . يوجد في الطرف الكربوكسيلي لسلسلة الببتيد نطاق حلزوني ألفا قصير يسمح بتكوين الرباعي. ^{[ 15 ]} تشكل الأحماض الأمينية المركزية، وعددها حوالي 300 حمض أميني، النواة التحفيزية، حيث توجد جميع البقايا الضرورية للتحفيز، بالإضافة إلى ذرة حديد مرتبطة برابطة غير تساهمية. ^{[ 12 ]} يُثبَّت الحديد في مكانه بواسطة اثنين من بقايا الهيستيدين وبقايا الغلوتامات ، مما يجعله إنزيمًا غير هيمي وغير حديدي-كبريتي يحتوي على الحديد. ^{[ 16 ]} تشكل الأحماض الأمينية الطرفية ، وعددها حوالي 150 حمض أميني، نطاقًا تنظيميًا، يُعتقد أنه يتحكم في وصول الركائز إلى الموقع النشط . ^{[ 17 ]} يُعتقد أن هناك أربعة إصدارات مختلفة من هذا النطاق التنظيمي لدى البشر، وبالتالي أربعة إصدارات من الإنزيم، اعتمادًا على التضفير البديل ، ^{[ 18 ]} على الرغم من أن أيًا من بنيتها لم تُحدد بدقة حتى الآن. ^{[ 19 ]} وقد اقتُرح أن هذا النطاق قد يكون بروتينًا غير منظم بنيويًا ، أي أنه لا يمتلك بنية ثلاثية محددة بوضوح ، ولكن لم يُقدَّم حتى الآن أي دليل يدعم هذا الادعاء. ^{[ 19 ]} ومع ذلك، فقد ثبت أن هذا النطاق يتميز بانخفاض نسبة البنى الثانوية ، مما لا يُضعف الشكوك حول امتلاكه بنية عامة غير منتظمة. ^{[ 20 ]} أما بالنسبة لنطاقي التجميع الرباعي والتحفيزي، فقد تم تحديد بنيتهما باستخدام هيدروكسيلاز التيروسين في الفئران بواسطة علم البلورات بالأشعة السينية . ^{[ 21 ] [ 22 ]} وقد أظهر هذا كيف أن بنيته تشبه إلى حد كبير بنية هيدروكسيلاز الفينيل ألانين وهيدروكسيلاز التربتوفان . تشكل هذه الثلاثة مجتمعة عائلة من هيدروكسيلازات الأحماض الأمينية العطرية المتماثلة . ^{[ 23 ] [ 24 ]}

تزداد فعالية إنزيم هيدروكسيلاز التيروسين على المدى القصير عن طريق الفسفرة . يحتوي النطاق التنظيمي لهذا الإنزيم على العديد من بقايا السيرين (Ser)، بما في ذلك Ser8 وSer19 وSer31 وSer40، والتي تُفسفر بواسطة مجموعة متنوعة من كينازات البروتين . ^{[ 12 ] [ 25 ]} يُفسفر Ser40 بواسطة كيناز البروتين المعتمد على cAMP . ^{[ 26 ]} يُفسفر Ser19 (وSer40 بدرجة أقل) بواسطة كيناز البروتين المعتمد على الكالسيوم-كالمودولين . ^{[ 27 ]} يُفضل MAPKAPK2 (كيناز البروتين المنشط لكيناز البروتين المنشط بالميتوجين) فسفرة Ser40، ولكنه يُفسفر Ser19 أيضًا بمعدل نصف معدل فسفرة Ser40 تقريبًا. ^{[ 28 ] [ 29 ]} يتم فسفرة سيرين 31 بواسطة ERK1 وERK2 ( كينازات منظمة خارج الخلية 1 و2)، ^{[ 30 ]} مما يزيد من نشاط الإنزيم بدرجة أقل من فسفرة سيرين 40. ^{[ 28 ]} لا تؤثر الفسفرة عند سيرين 19 وسيرين 8 بشكل مباشر على نشاط هيدروكسيلاز التيروسين. لكن الفسفرة عند سيرين 19 تزيد من معدل الفسفرة عند سيرين 40، مما يؤدي إلى زيادة في نشاط الإنزيم. وتتسبب الفسفرة عند سيرين 19 في زيادة النشاط بمقدار الضعف، من خلال آلية تتطلب بروتينات 14-3-3 . ^{[ 31 ]} أما الفسفرة عند سيرين 31 فتتسبب في زيادة طفيفة في النشاط، وآليتها غير معروفة. يصبح هيدروكسيلاز التيروسين أكثر استقرارًا ضد التثبيط الحراري عند فسفرة السيرينات التنظيمية. ^{[ 28 ] [ 32 ]}

يتواجد إنزيم هيدروكسيلاز التيروسين بشكل رئيسي في السيتوسول، مع وجوده أيضاً بنسبة ضئيلة في الغشاء البلازمي. ^{[ 33 ]} قد يرتبط ارتباطه بالغشاء بتعبئة الكاتيكولامينات في الحويصلات وتصديرها عبر الغشاء المشبكي. ^{[ 33 ]} يتضمن ارتباط هيدروكسيلاز التيروسين بالأغشية المنطقة الطرفية الأمينية للإنزيم، وقد يُنظَّم هذا الارتباط من خلال تفاعل ثلاثي بين بروتينات 14-3-3، والمنطقة الطرفية الأمينية لهيدروكسيلاز التيروسين، والأغشية سالبة الشحنة. ^{[ 34 ]}

يمكن أيضًا تنظيم إنزيم هيدروكسيلاز التيروسين عن طريق التثبيط. يؤدي الفسفرة عند سيرين 40 إلى تخفيف التثبيط الارتجاعي بواسطة الكاتيكولامينات: الدوبامين، والإبينفرين، والنورإبينفرين. ^{[ 35 ] [ 36 ]} تعمل الكاتيكولامينات على احتجاز الحديد في الموقع النشط في حالة Fe(III)، مما يثبط الإنزيم. ^{[ 7 ]}

لقد ثبت أن التعبير عن إنزيم التيروسين هيدروكسيلاز يتأثر بالتعبير عن جين SRY . ويمكن أن يؤدي انخفاض تنظيم جين SRY في المادة السوداء إلى انخفاض في التعبير عن إنزيم التيروسين هيدروكسيلاز. ^{[ 37 ]}

يمكن أيضًا تنظيم نشاط إنزيم التيروسين هيدروكسيلاز على المدى الطويل عبر آليات الفسفرة. تعمل الهرمونات (مثل الجلوكوكورتيكويدات )، والأدوية (مثل الكوكايين )، أو الرسل الثانوية مثل cAMP على زيادة نسخ جين التيروسين هيدروكسيلاز . ويمكن للنيكوتين أن يحافظ على زيادة نشاط التيروسين هيدروكسيلاز الناتجة عن الفسفرة لمدة تصل إلى 48 ساعة. ^{[ 7 ] [ 38 ]} ويتم تنظيم نشاط التيروسين هيدروكسيلاز بشكل مزمن (لأيام) عن طريق تخليق البروتين . ^{[ 38 ]}

يؤدي نقص إنزيم هيدروكسيلاز التيروسين إلى خلل في تصنيع الدوبامين ، بالإضافة إلى الأدرينالين والنورأدرينالين . ويتجلى هذا الخلل في اعتلال دماغي متفاقم وتوقعات سيئة. تشمل الأعراض السريرية خلل التوتر العضلي الذي لا يستجيب بشكل كافٍ أو لا يستجيب إطلاقًا لليفودوبا ، وأعراض خارج هرمية، وتدلي الجفن ، وتضيق الحدقة ، وانخفاض ضغط الدم الوضعي . يُعد هذا الاضطراب متفاقمًا وغالبًا ما يكون مميتًا، ويمكن تحسينه بالليفودوبا، لكن لا يمكن الشفاء منه تمامًا. ^{[ 39 ]} نظرًا لقلة عدد المرضى وتداخل الأعراض مع اضطرابات أخرى، لا يزال التشخيص والعلاج المبكران يمثلان تحديًا. ^{[ 40 ]} تختلف الاستجابة للعلاج، كما أن النتائج الوظيفية طويلة الأمد غير معروفة. بهدف توفير أساس لتحسين فهم علم الأوبئة، والارتباط بين النمط الجيني والنمط الظاهري، ونتائج هذه الأمراض، وتأثيرها على جودة حياة المرضى، ولتقييم استراتيجيات التشخيص والعلاج، أنشأت المجموعة الدولية غير التجارية العاملة المعنية بالاضطرابات المرتبطة بالناقلات العصبية (iNTD) سجلاً للمرضى. ^{[ 41 ]}

علاوة على ذلك، قد يكون لتغيرات نشاط إنزيم هيدروكسيلاز التيروسين دور في اضطرابات مثل خلل التوتر العضلي سيغاوا ، ومرض باركنسون، والفصام . [ ^{21 ] [ 42 ] يُفعَّل} هيدروكسيلاز التيروسين عن طريق الارتباط المعتمد على الفسفرة ببروتينات 14-3-3. ^{[ 34 ]} ونظرًا لاحتمالية ارتباط بروتينات 14-3-3 بأمراض تنكسية عصبية مثل مرض الزهايمر ، ومرض باركنسون، ومرض هنتنغتون ، فإن ذلك يُشير إلى وجود صلة غير مباشرة بين هيدروكسيلاز التيروسين وهذه الأمراض. ^{[ 43 ]} وقد تبين أن نشاط هيدروكسيلاز التيروسين في أدمغة مرضى الزهايمر منخفض بشكل ملحوظ مقارنةً بالأفراد الأصحاء. ^{[ 44 ]} كما يُعد هيدروكسيلاز التيروسين مستضدًا ذاتيًا في متلازمة الغدد الصماء المناعية الذاتية من النوع الأول . ^{[ 45 ]}

من أبرز التشوهات الثابتة في مرض باركنسون تنكس الخلايا العصبية الدوبامينية في المادة السوداء ، مما يؤدي إلى انخفاض مستويات الدوبامين في الجسم المخطط. ولأن إنزيم هيدروكسيلاز التيروسين يحفز تكوين ليفودوبا (L -DOPA) ، وهي الخطوة المحددة لمعدل تخليق الدوبامين ، فإن نقص هذا الإنزيم لا يسبب مرض باركنسون، ولكنه عادةً ما يؤدي إلى ظهور أعراض باركنسونية طفولية، مع أن الطيف المرضي قد يمتد إلى حالة تشبه خلل التوتر العضلي المستجيب للدوبامين . وقد أشير أيضاً إلى دور مباشر لهيدروكسيلاز التيروسين في إمراضية المرض ، حيث يُعد هذا الإنزيم مصدراً لبيروكسيد الهيدروجين ( _{H₂O₂ )} وأنواع الأكسجين التفاعلية الأخرى ، وهدفاً للإصابة الناتجة عن الجذور الحرة. وقد ثبت أن ليفودوبا (L -DOPA ) يتأكسد بفعالية بواسطة هيدروكسيلاز التيروسين لدى الثدييات، مما قد يساهم في التأثيرات السامة للخلايا التي يُحدثها ليفودوبا . ^{[ 7 ]} كما هو الحال مع البروتينات الخلوية الأخرى، يُعدّ إنزيم التيروسين هيدروكسيلاز هدفًا محتملاً للتغيرات الضارة التي تُحدثها أنواع الأكسجين التفاعلية. وهذا يشير إلى أن بعض الضرر التأكسدي الذي يلحق بإنزيم التيروسين هيدروكسيلاز قد يكون ناتجًا عن نظام التيروسين هيدروكسيلاز نفسه. ^{[ 7 ]}

يمكن تثبيط إنزيم التيروسين هيدروكسيلاز بواسطة دواء ألفا-ميثيل-بارا-تيروسين ( ميتيروسين ). قد يؤدي هذا التثبيط إلى نقص الدوبامين والنورأدرينالين في الدماغ نتيجةً لنقص المادة الأولية L -DOPA ( L -3,4-ثنائي هيدروكسي فينيل ألانين) التي يُصنّعها إنزيم التيروسين هيدروكسيلاز. نادرًا ما يُستخدم هذا الدواء، وقد يُسبب الاكتئاب، ولكنه مفيد في علاج ورم القواتم وارتفاع ضغط الدم المقاوم للعلاج . من الأمثلة القديمة للمثبطات المذكورة في الأدبيات العلمية : أودينون ^{[ 46 ]} وأكواياماسين ^{[ 47 ]} .

• مدخل GeneReviews/NIH/NCBI/UW حول نقص هيدروكسيلاز التيروسين، بما في ذلك خلل التوتر العضلي المستجيب للدوبا الناتج عن نقص هيدروكسيلاز التيروسين أو متلازمة سيغاوا ومرض باركنسون الطفولي المتنحي المرتبط بالصبغي الجسدي
• التيروسين + هيدروكسيلاز في رؤوس الموضوعات الطبية (MeSH) بالمكتبة الوطنية الأمريكية للطب