USP27X

إنزيم هيدرولاز الكربوكسيل الطرفي لليوبيكويتين 27 ( EC 3.4.19.12)، المعروف أيضًا باسم إنزيم إزالة اليوبيكويتين 27 ، أو ثيوإستيراز اليوبيكويتين 27 ، أو USP27X ، ^{[ 1 ]} هو إنزيم لإزالة اليوبيكويتين، يتميز بشكل أساسي بقدرته على فصل اليوبيكويتين (Ub) عن البروتينات والجزيئات الأخرى. يرتبط اليوبيكويتين بالبروتينات لتنظيم تحللها عبر البروتيازوم والليزوزوم ، بالإضافة إلى العديد من الوظائف الأخرى. ^{[ 2 ]}

يُشفّر بروتين USP27X بواسطة جين الببتيداز 27 المرتبط بالكروموسوم X، والموجود في المنطقة Xp11.23 من الكروموسوم X. ^{[ 3 ]} يتواجد هذا البروتين بشكل رئيسي في السيتوبلازم ونواة الخلايا، بالإضافة إلى النواة وفي الحويصلات . وهو بروتين داخل خلوي يوجد في العديد من أنسجة الجسم البشري، ويتميز بانخفاض تخصصه لخلايا الدم. ^{[ 4 ]}

تنتمي إنزيمات DUBs إلى عائلة فائقة من إنزيمات البروتياز . يمكن تصنيف البروتياز إلى خمس فئات مختلفة اعتمادًا على آلية التحفيز : بروتياز الأسبارتيك ، والبروتياز المعدني ، وبروتياز السيرين ، وبروتياز الثريونين ، وبروتياز السيستين . ^{[ 5 ]}

تشمل بروتيازات السيستين هيدرولازات الطرف الكربوكسيلي لليوبيكويتين (UCHs)، وبروتيازات نطاق ماشادا جوزيبشين (MJDs)، وبروتيازات أورام المبيض (OTU)، وبروتيازات اليوبيكويتين النوعية (USPs). ويُعدّ USP27X من ضمن إنزيمات بروتيازات اليوبيكويتين النوعية. ^{[ 5 ]}

^{[ 1 ] [ 6 ] [ 3 ]}

تحتوي الإنزيمات المزيلة لليوبيكويتين على نطاق تحفيزي محفوظ محاط بنطاقات فرعية أخرى، يُعرف أن بعضها يُساهم في التعرف على الهدف، والتفاعلات بين البروتينات، ونطاقات التموضع. ^{[ 7 ] [ 8 ]} وعلى وجه التحديد، تتميز نطاقات USP بوجود نقاط متداخلة مع إضافات في النطاق التحفيزي. ^{[ 8 ]} تتمتع هذه الإضافات بالقدرة على الطي لتكوين نطاقات مستقلة يمكن أن تُشارك في تنظيم نشاط الإنزيم. ^{[ 9 ]}

يمكن تقسيم جميع نطاقات USP، بما في ذلك USP27X، إلى ستة مربعات محفوظة تقع على البنية الأساسية لنطاق USP. وقد تم تحديد هذه البنى من خلال محاذاة تسلسل متعددة للنوى التحفيزية لـ USP. من المعروف أن المربع 1 يحتوي على بقايا السيستين (Cys) التحفيزية ، ويحتوي المربع 5 على بقايا الهيستيدين (His) التحفيزية، ويحتوي المربع 6 على بقايا الأسباراجين (Asn)/الأسبارتات (Asp) التحفيزية. قد يختلف محتوى المربعين 3 و4، على الرغم من أن معظم نطاقات إنزيم USP البشري تحتوي على وحدة Cys-XX-Cys محفوظة، والتي ترتبط عادةً بموقع ارتباط الزنك. ^{[ 8 ]}

يبلغ طول بروتين USP27X 438 حمضًا أمينيًا . توجد الأحماض الأمينية التي تلعب دورًا حاسمًا في الموقع النشط في الموضع 87، حيث يوجد الحمض الأميني المحب للنواة ، وفي الموضع 380 حيث يوجد مستقبل البروتون. ^{[ 1 ]}

يتراوح عدد الأحماض الأمينية في النطاق التحفيزي لبروتينات USP بين 295 و850 حمضًا أمينيًا. تشير هذه الاختلافات إلى وجود فئات فرعية مختلفة من نطاقات USP (اختلافات في الطي التحفيزي) أو إلى دمج إضافات في طية تحفيزية مماثلة.

كما ذكرنا سابقاً، ينتمي إنزيم USP27X إلى عائلة إنزيمات إزالة اليوبيكويتين، وبالتالي فإن وظيفته الرئيسية هي تحفيز إزالة اليوبيكويتين من الركائز (عن طريق كسر الرابطة بين الحمض الأميني الأخير من اليوبيكويتين، وهو الجليسين 76، وبقايا الليسين على الركيزة)، وهي عملية عكس عملية إضافة اليوبيكويتين، وتنظيم مصير البروتينات المرتبطة باليوبيكويتين. ^{[ 10 ]}

استنادًا إلى نطاقاتها التحفيزية المحفوظة وآلية تحفيزها، تُصنَّف إنزيمات إزالة اليوبيكويتين ضمن مجموعة بروتيازات السيستين. تستخدم هذه الإنزيمات ثلاثيات تحفيزية (مجموعات من ثلاثة أحماض أمينية) لتحفيز تحلل الروابط الأمينية بين اليوبيكويتين والركيزة. ^{[ 2 ]} تتكون الثلاثية التحفيزية لإنزيم USP27X من سيستين، وهيستيدين، وحمض أميني ثالث، غالبًا ما يكون أسباراجين. ^{[ 11 ]}

يرتبط اليوبيكويتين بجزيء الببتيد برابطة إيزوببتيدية بين مجموعة الكربوكسيل (COO⁻ ⁾ لآخر جليسين في اليوبيكويتين ومجموعة إبسيلون- أمينو (ε-NH₃⁺) لليسين في الركيزة. يعمل الأسبارتات على استقطاب وتوجيه حلقة الإيميدازوليوم للهيستيدين، بينما يكتسب الهيستيدين بروتونًا عن طريق نزع بروتون من مجموعة الثيول للسيستين المجاور. يهاجم هذا السيستين ذرة الكربون الكربونيلي في الرابطة الإيزوببتيدية، مما يؤدي إلى كسر الرابطة المزدوجة بين الكربون والأكسجين وتحويلها إلى رابطة بسيطة. ^{[ 12 ]} في الوقت نفسه، يمنح الهيستيدين بروتونه لمجموعة إبسيلون-أمينو لليسين، مكونًا رابطة بينهما. تنكسر الرابطة الإيزوببتيدية وتُعاد تكوين مجموعة الكربونيل (الرابطة المزدوجة) . ينتج عن هذا التفاعل تحرير البروتين المستهدف من الهيستيدين وتكوين مركب وسيط تساهمي مع جزيء اليوبيكويتين ، وذلك نتيجةً لكسر الرابطة بين مجموعة الثيول من السيستين وذرة الكربون، وارتباط جذر حر جديد بمجموعة الكربوكسيل. وأخيرًا، يؤدي تفاعل هذا المركب الوسيط مع جزيء ماء إلى تحرير الإنزيم الحر وجزيء اليوبيكويتين. ^{[ 13 ]}

يُعد نظام اليوبيكويتين-بروتيازوم الآلية التنظيمية الأساسية لاستقرار البروتين وجودته ووفرته، لذا يلعب USP27X دورًا رئيسيًا في عدد كبير من العمليات التي ينظمها هذا النظام، مثل تثبيت Snail 1 في سرطان البنكرياس والثدي، ومقاومة الخلايا السرطانية للعوامل الكيميائية العلاجية، مثل السيسبلاتين ، كما أنه يتدخل في تنظيم Bim في خلايا سرطان الجلد وسرطان الرئة ذي الخلايا غير الصغيرة. ^{[ 14 ]}

تم اكتشاف أن عمل USP27X في إزالة اليوبيكويتين ينظم وجود العديد من البروتينات المرتبطة بأنواع مختلفة من السرطانات البشرية، بالإضافة إلى تأثيره على مقاومة الخلايا السرطانية للعوامل الكيميائية العلاجية.

تنظيم Snail1 في سرطان البنكرياس والثدي

تكتسب الخلايا السرطانية القدرة على الهجرة إلى أجزاء أخرى من الجسم وغزو أنسجة أخرى من خلال ما يُعرف بالتحول الظهاري-اللحمي . تتألف هذه العملية من سلسلة من التغيرات الكيميائية الحيوية التي تُحوّل الخلية السرطانية المستقطبة ظهاريًا إلى خلية ذات نمط ظاهري لحمي. يُكسب هذا النمط الظاهري الجديد الخلية قدرةً متزايدة على الهجرة وغزو الأنسجة الأخرى، بينما يُقلل في الوقت نفسه من نشاط الاستماتة الخلوية. لذلك، يسمح التحول الظهاري-اللحمي للخلية السرطانية بالتخلي عن الطبقة الظهارية التي نشأت فيها، والهجرة إلى أنسجة أخرى. هكذا تبدأ عملية انتشار السرطان الظهاري . ^{[ 15 ]} يُنظّم التحول الظهاري-اللحمي بواسطة العديد من المؤشرات اللحمية، من بينها بروتين Snail1، وهو بروتين ضروري أيضًا لتنشيط الخلايا الليفية المرتبطة بالسرطان . في الخلية الظهارية الطبيعية، يتحلل بروتين Snail1 باستمرار بواسطة البروتيازومات، نتيجةً لعملية اليوبيكويتين السابقة. مع ذلك، في الخلايا السرطانية والخلايا الليفية المرتبطة بالسرطان، يُمنع تحلل بروتين Snail1. إحدى الآليات التي تستخدمها الخلايا السرطانية لتحقيق ذلك هي USP27X. يقوم هذا البروتين بإزالة اليوبيكويتين من Snail1، مما يمنع تحلله، وبالتالي يؤدي إلى استقراره وتفعيل عملية التحول الظهاري-الميزانشيمي (EMT)، مما يسمح بانتشار السرطان. في الخلايا السرطانية، يتم تنظيم USP27X بواسطة TGFβ، وباختصار، فإنه يؤدي إلى استقرار Snail1 وعلامات ميزانشيمية أخرى، مما يؤدي إلى EMT. على الرغم من أن USP27X ليس إنزيم إزالة اليوبيكويتين الوحيد الذي يؤثر على Snail1، إلا أنه أحد أكثرها فعالية، وقد ثبت أنه يزيد من وجود Snail1 بشكل مباشر عن طريق منع تحلله. لوحظت آلية عمل USP27X في سرطانات الثدي والبنكرياس، مما يفتح آفاقًا جديدة للعلاجات. من شأن تثبيط USP27X أن يؤدي إلى إضافة اليوبيكويتين إلى Snail1 ثم تحلله، وبالتالي إعاقة EMT. ^{[ 16 ]}

تنظيم بروتين Bim في خلايا سرطان الجلد وسرطان الرئة ذي الخلايا غير الصغيرة

يُعد Bim أحد البروتينات التي تحفز موت الخلايا المبرمج ، وقد لوحظ استنفاده في العديد من الأورام البشرية، مما يعني أن الخلايا السرطانية لديها آليات لتجنب التعبير عن Bim أو لتحليله، وبالتالي إلغاء تأثيراته المحفزة لموت الخلايا المبرمج.

في بعض أنواع السرطان، ينخفض ​​مستوى بروتين Bim بفضل إشارات ERK. ^{[ 17 ]} يؤدي فسفرة Bim وإضافة اليوبيكويتين إليه، اعتمادًا على ERK، إلى تحلله في البروتيازومات. مع ذلك، فإن وجود USP27X يقلل من إزالة اليوبيكويتين من Bim بواسطة ERK، مما يؤدي إلى استقراره وبالتالي زيادة تأثيراته المحفزة للموت الخلوي المبرمج. وقد ثبتت هذه العملية في خلايا سرطان الجلد وسرطان الرئة ذي الخلايا غير الصغيرة .

وبناءً على ذلك، يمكننا أن نستنتج أن USP27X يمكن أن يعمل كمثبط للأورام عن طريق تثبيط إشارات ERK، مما يؤدي إلى إزالة اليوبيكويتين من Bim وبالتالي استقراره، مما يسمح له بتحفيز موت الخلايا المبرمج في الخلايا السرطانية التي تستخدم إشارات ERK. ^{[ 18 ]}