Кіріспе

Деубиквитиндеуші ферменттер (DUB), сонымен қатар деубиквитиндеуші пептидазалар, деубиквитиндеуші изопептидазалар, деубиквитиназалар, убиквитин протеазалары, убиквитин гидролазалары немесе убиквитин изопептидазалары деп те аталады, – бұл ақуыздардан убиквитинді кесіп шығаратын протеазалардың кең тобы. DUB ферменттері убиквитин мен оның субстрат ақуызы арасындағы пептидтік немесе изопептидтік байланысты кесіп, осы әсерлерді кері қайтара алады. Адам организмінде шамамен 100 DUB гені бар, оларды екі негізгі классқа бөлуге болады: цистеин протеазалары және металлопротеазалар. Цистеин протеазаларына убиквитинге тән протеазалар (USP), убиквитиннің C терминалды гидролазалары (UCH), Мачадо-Жозефин доменді протеазалар (MJD) және жұмыртқалық ісік протеазалары (OTU) жатады. Металлопротеазалар тобында тек Jab1/Mov34/Mpr1 Pad1 N терминалды+ (MPN+) (JAMM) доменді протеазалар ғана кездеседі.

Металлопротеаздар

Jab1/Mov34/Mpr1 Pad1 N терминалы+ (MPN+) (JAMM) домендік суперавтобасының ақуыздары мырышпен байланысады және сондықтан металлопротеаздар болып табылады. Бұл модификациялар ақуыздарға түрлі жолдармен әсер етеді: олар протеасома және лизосома арқылы ақуыздардың ыдырауын реттейді; ақуыздардың жасушалық локализациясын үйлестіреді; ақуыздарды белсендіреді және белсендірмейді; сондай-ақ ақуыз-ақуыз өзара әрекеттесуін модуляциялайды. DUB-тар осы ақуыздардан убиквитинды кесіп алып, активті убиквитиннің жеке бірліктерін түзетіп шығарады. Бос полиубиквитин тізбектері DUB-тармен кесіліп, моноубиквитинге айналады. Бұл тізбектер жасушада E1 E2 E3 машинасы арқылы кез келген субстрат ақуыздарынан тәуелсіз түрде өндірілуі мүмкін. Бос полиубиквитиннің тағы бір көзі – убиквитин субстраттарының кесілуінен пайда болатын өнім. Егер DUB-тар ақуызға бекітілген полиубиквитин тізбегінің табанын кесіп тастаса, тізбектің барлығы босап, DUB-тармен қайта өңдеуді қажет етеді.

Каталитикалық сала

DUB-тің каталитикалық домені оларды нақты топтарға жіктейді: USP, OTU, MJD, UCH және MPN+/JAMM. Алғашқы 4 топ – цистеин протеазалары, ал соңғысы – мырыш металлопротеазасы. Цистеин протеазалары DUB-тар папаинге ұқсас, демек олардың әрекет ету механизмі бірдей. Олар убиквитин мен субстрат арасындағы амидтік байланыстардың гидролизіне катализатор ретінде каталитикалық диадтар немесе триадтар (екі немесе үш аминқышқылы) пайдаланады. Цистеин протеазасы DUB-тың катализдік белсенділігіне үлес қосатын белсенді ортақ қалдықтары – цистеин (диада/триада), гистидин (диада/триада) және аспартат немесе аспарагин (тек триада). Гистидин каталитикалық триадаларда аспартатпен немесе аспарагинмен, ал диадаларда басқа тәсілдермен поляризацияланады. Бұл поляризацияланған қалдық цистеиннің pKa-сын төмендетеді, осылайша оған убиквитиннің C-терминалы мен субстрат лизині арасындағы изопептидтік байланысқа нуклеофильдік шабуыл жасауға мүмкіндік береді. Металлопротеаздар мырыш иондарын гистидин, аспартат және серин қалдықтарымен координациялайды, бұл су молекулаларын белсендіреді және оларға изопептидтік байланысқа шабуыл жасауға мүмкіндік береді.

UBL

Убиквитинге ұқсас (UBL) домендер убиквитинмен ұқсас құрылымға (жұрамаға) ие, бірақ оларда терминалды глицин қалдықтары жоқ. 18 USP-де UBL домендерінің болуы болжануда. USP тобынан тыс, тек 2 басқа DUB-да ғана UBL бар: OTU1 және VCPIP1. USP4, USP7, USP11, USP15, USP32, USP40 және USP47-де бірнеше UBL домендері бар. Кейде UBL домендері тізбектей орналасқан, мысалы, USP7-де 5 тізбектей C-терминалды UBL домендері кездеседі. USP4, USP6, USP11, USP15, USP19, USP31, USP32 және USP43 UBL домендері каталитикалық доменге енгізілген. UBL домендерінің функциялары USP-лер арасында әртүрлі, бірақ көбінесе олар USP каталитикалық белсенділігін реттейді. Олар протеасомада локализацияны үйлестіре алады (USP14); USP-тің катализдік орыны үшін бәсекелесіп, USP-ді теріс реттей алады (USP4) және катализдік белсенділікті арттыру үшін конформациялық өзгерістерді тудырады (USP7). Басқа UBL домендері сияқты, USP UBL домендерінің құрылымы β-жапсырмалы бүгілуді көрсетеді.

ДСЖП

Алты USP-да шамамен 120 қалдықтан тұратын бір немесе бірнеше тандемді DUSP домендері табылды. DUSP доменінің функциясы қазірге дейін белгісіз, бірақ ол ақуыз-ақуыз өзара әрекеттесуінде, әсіресе DUB субстратын тануда рөл атқаруы мүмкін. Бұл USP15 DUSP доменіндегі гидрофобтық ойыққа және DUSP-ні қамтитын USP-термен кейбір ақуыз өзара әрекеттесулері осы домендерсіз жүрмейтініне байланысты болжанады. DUSP домені үш спиральдан және үш талдан тұратын антипараллель бета-парақтан құралған, жаңа, үш аяқты тіреуіш тәрізді құрылымды көрсетеді. Бұл құрылым үш аяқты тіреуіштің аяқтарына (спиральдарға) және орындығына (бета-параққа) ұқсайды. USP-дегі көптеген DUSP домендерінде PGPI мотиві деп аталатын сақталған аминқышқылдық тізбек кездеседі. Бұл – пролин, глицин, пролин және изолеуцин аминқышқылдарынан тұратын төрт аминқышқылдық тізбек, ол үш спиральді жиынтыққа жақын орналасып, жоғары деңгейде реттелген.

Аурудың пайда болуындағы рөлі

DUB-тың аурулардағы рөлінің толық көлемі әлі анықталған жоқ. Олардың ауруларға қатысы, ауру жағдайларына қатысты физиологиялық процестердегі белгілі рөлдеріне байланысты болжанады; соның ішінде қатерлі ісіктер мен неврологиялық аурулар. USP28 ферменті, ішек және өкпе сияқты қатерлі ісіктердің әртүрлі түрлерінде жоғары деңгейде экспрессияланады. Бұдан өзге, USP28 c Myc, Notch1, c jun немесе ΔNp63 сияқты маңызды онкогендерді деубиквитинациялап, тұрақтандырады. Жалпақ жасушалы ісіктерде USP28 химиялық терапияға төзімділікті реттейді, бұл ΔNp63 Фанкония анемиясы жолы арқылы ДНК жөндеуді реттеу арқылы жүзеге асырылады. Деубиквитинациялайтын ферменттер UCH L3 және YUH1, 76-шы позицияда глицин мутацияланған болса да, мутантты UBB+1 гидролизіне қабілетті. UCH L1 деңгейі әртүрлі қатерлі ісіктерде (қатерлі омыртқа) жоғары болады.

Жасушалық циклдағы рөлі

ДУБ-тар жасуша циклын модуляциялауда белсенді рөл атқарады. Убиквитинге қатысты өңдеу протеазасы (USP) – жасуша циклын реттеуде маңызды рөл атқаратын деубиквитинді ферменттер отбасы. Осы отбасыға кіретін екі фермент – USP17 және USP44. USP17 жасуша циклы арқылы жасушалардың өсуіне жауапты жолдарды реттейді. Оның нысандары Ras, CDK2 және Cyclin A реттеушілерін қамтиды. USP44 анафазаның басталуында маңызды рөл атқарады. Митоздық бақылау бекетіне жасалған жаңа зерттеулер USP44-тің жасуша циклының дамуын реттеудегі жаңа рөлін ашты. USP17 RCE1-дегі K63 убиквитин домендерін деубиквитиндіктейді. Осылайша, USP17 арқылы Ras-тің реттелуі, Ras реттелуінің тағы бір нүктесі болып табылады.

G1-S ауысудың USP реттеуі

Циклинге тәуелді киназалар (CDK) – серин және треонин қалдықтарын фосфорилеу арқылы жасушаны жасуша циклы арқылы итеруге қабілетті ферменттер отбасы. CDK2-нің белсенділігі G1-ден S фазасына өту үшін маңызды. CDK2-нің белсендірілуі үшін циклин А, циклинге тәуелді киназа кешеніне (CDKC) байланысуы керек. Жасуша бөліну циклы 25А (CDC25A) – CDK2-ден тежеуші фосфат тобын алып тастайтын фосфатаза. Убиквитиндеу CDC25A-ны ыдырауға белгілеп, S фазасына өтуге кедерес келтірсе, USP17 CDC25A-ны деубиквитиндейді. ДНК-ның осы тығыздалуы CDKN1A транскрипциясын төмендетеді. USP17 SETD8-ді деубиквитиндейді, осылайша оның ыдырауға бейімділігін азайтады және жасуша ішіндегі тұрақтылығын арттырады. Мұндай механизм өте маңызды, себебі хромосомалық бөлінудегі қателер қатерлі ісік, туа біткен кемістіктер және патогендердің антибиотиктерге төзімділігімен байланысты. Негізгі реттеуші белоктардың бірі – анафазаны ынталандыратын кешен (APC/C). APC/C секуринге убиквитин қосады. Секуриннің ыдырауы сепаразаның босатылуына әкеледі. hMAD2 деп аталатын белок APC және CDC20-мен белсенді емес тримерді құрауы мүмкін, нәтижесінде hMAD2 CDC APC кешені пайда болады. CDC20-ның убиквитинделуі оны ыдырауға белгілемейді, керісінше hMAD2 CDC APC кешенінен hMAD2-нің ажыралуына көмектеседі. Убиквитинге тән процестеу протеазы USP44, UbcH10 убиквитиндеуіне қарсы әрекет ете отырып, hMAD2 CDC APC кешенін тұрақтандыра алады. Бұл hMAD2 ажырауын тоқтатады және APC/C-нің дұрыс реттелуін қамтамасыз етеді, оны митоздық шпиндель дұрыс бекітілгенге дейін белсенді емес күйде ұстайды. Дұрыс бекітілген кезде, ауысу сияқты мінез-құлық APC/C-нің белсенділігіне мүмкіндік береді. Деубиквитиндеу ферменттері p53 функциясын сақтауда маңызды рөл атқарады. Денсаулығы жақсы жасушаларда p53, E3 убиквитин лигазасы MDM2-ні белсендіреді, ол өз кезегінде p53-ті убиквитиндейді. Бұл теріс кері байланыс циклын құрайды, онда p53-тің ыдырауы жасушалардың жасуша циклы арқылы өтуіне мүмкіндік береді. ДНК зақымдалған кезде, Ubiquitin-ге тән процестеу протеазы 7 (USP7) убиквитиннің бөлінуі арқылы p53-ті тұрақтандырады. USP7-нің p53-ті деубиквитиндеуі үшін, ол ядроға орналасуы керек. Алайда, ядролық локализация тізбегі (NLS) табылған жоқ. Белгілі бір NLS болмаса да, бір зерттеу USP7-нің N терминалын жоюдан кейін ядролық локализацияның болмағанын көрсетті. Бұл ДНК зақымдануының ауырлығына байланысты жасушалардың өліміне немесе жасушалардың өлімін тудыруы мүмкін. USP7-нің p53-ге тәуелді жолдағы рөлінің схемасын қараңыз.