UCK2
ยูริดีน-ไซทิดีนไคเนส 2 ( UCK2) เป็นเอนไซม์ที่ในมนุษย์ถูกเข้ารหัสโดยยีนUCK2 [ 5 ]
โปรตีนที่เข้ารหัสโดยยีนนี้จะเร่งปฏิกิริยาการฟอสโฟรีเลชันของยูริดีนและไซทิดีนให้กลายเป็นยูริดีนโมโนฟอสเฟต (UMP) และไซทิดีนโมโนฟอสเฟต (CMP) ตามลำดับ ซึ่งเป็นขั้นตอนแรกในการผลิตไพริมิดีนนิวคลีโอไซด์ไตรฟอสเฟตที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ RNA และ DNA นอกจากนี้ อัลลีลของยีนนี้อาจมีบทบาทในการสร้างภูมิคุ้มกันที่ไม่ใช่สารน้ำต่อเชื้อ Hemophilus influenzae ชนิด B [ 5 ]
โครงสร้างและกลไก
ยูริดีน-ไซทิดีนไคเนส 2 เป็นเตตระเมอร์ที่มีมวลโมเลกุลประมาณ 112 kDa [ 6 ]ในโมโนเมอร์ UCK2 บริเวณออกฤทธิ์ประกอบด้วยแผ่นเบต้า 5 สาย ล้อมรอบด้วยอัลฟาเฮลิกซ์ 5 อัน และห่วงเบต้าแฮร์พิน [ 7 ] โดย เฉพาะอย่างยิ่งห่วง เบต้าแฮร์พินเป็นส่วนสำคัญของช่องยึดเกาะลึกสำหรับ สารตั้งต้น ยูริดีน / ไซทิดีนเพื่อควบคุมการจับและการปล่อยสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ ความจำเพาะในการจับกับนิวคลีโอไซด์ถูกกำหนดโดยหมู่ His-117 และ Tyr-112 ซึ่งสร้างพันธะไฮโดรเจนกับหมู่ 4-อะมิโนหรือหมู่ 6-ออกโซของไซทิดีนและยูริดีนตามลำดับ[ 7 ]ไอออนแมกนีเซียมถูกประสานในบริเวณออกฤทธิ์โดย Glu-135, Ser-34 และ Asp-62
หมู่ Asp-62 มีหน้าที่รับผิดชอบต่อกิจกรรมเร่งปฏิกิริยาในบริเวณเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์[ 8 ]โซ่ข้างที่เป็นกรดของหมู่ Asp-62 จะดึงโปรตอนออกจากหมู่ 5'-ไฮดรอกซิลบนสารตั้งต้นและกระตุ้นให้โจมตี γ-ฟอสฟอรัสของATP [ 9 ] การวิเคราะห์โครงสร้างแสดงให้เห็นว่าโซ่ข้างของ Asp-62 ที่ทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาจะเปลี่ยนโครงสร้างก่อนและหลังปฏิกิริยา มีการเสนอแนะว่า การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างนี้เกิดขึ้นหลังจากการฟอสโฟรีเลชัน โดย Asp-62 ที่มีประจุลบจะเคลื่อนตัวออกห่างจาก 5'-ฟอสเฟตที่เพิ่งยึดติดใหม่ของผลิตภัณฑ์UMP / CMP [ 7 ]
ความจำเพาะของสารตั้งต้น
แม้ว่ายูริดีนและไซทิดีนจะเป็นสารตั้งต้นที่เอนไซม์ชอบในทางสรีรวิทยา แต่ UCK2 ก็แสดงให้เห็นว่าสามารถฟอสโฟรีเลตอะนาล็อก นิว คลีโอไซด์อื่นๆ ได้ ตัวอย่างของสารตั้งต้นที่ถูกฟอสโฟรีเลตสำเร็จ ได้แก่ 6-อะซายูริดีน, 5-อะซาไซทิดีน, 4-ไทโอยูริดีน, 5-ฟลูออโรไซทิดีน และ5-ไฮดรอกซี ยูริดี น[ 10 ] นอกจาก ATP แล้วGTPยังแสดงให้เห็นว่าสามารถทำหน้าที่เป็นผู้ให้ฟอสเฟตได้เทียบเท่ากัน[ 11 ]ความหลากหลายนี้ทำให้ UCK2 มีบทบาทสำคัญในฐานะ ตัวกระตุ้น ในร่างกายของยาต้นแบบนิวคลีโอไซด์ที่มีฤทธิ์ทางคลินิก เช่น ไซโคลเพนเทนิลไซทิดีน[ 12 ]
แม้จะมีความยืดหยุ่นสำหรับอะนาล็อกนิวคลีโอไซด์ที่แตกต่างกัน แต่ UCK ก็มีความพิเศษเฉพาะตัวในบรรดาไคเนสกรดนิวคลีอิกอื่นๆ ในด้านความจำเพาะต่ออะนาล็อกไรโบสมากกว่ารูปแบบ 2'-ดีออกซีไรโบส ในขณะที่โปรตีนอื่นๆ ในตระกูลไคเนส NMP จะฟอสโฟรีเลตทั้ง ดี ออกซีไรโบนิวคลีโอไซด์และไรโบนิวคลีโอไซด์โดยไม่เลือกปฏิบัติ แต่ UCK2 ยอมรับเฉพาะไรโบนิวคลีโอไซด์ เท่านั้น [ 6 ]ความจำเพาะเฉพาะตัวนี้อาจเกิดจากกลไกการปรับตัวและลักษณะโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะของ UCK2 ในบรรดาตระกูลไคเนส NMP การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการจับของหมู่โมเลกุลน้ำตาลไซทิดีน/ยูริดีนส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเพื่อลดระยะห่างระหว่างหมู่ His-117 และ Arg-176 หากไม่มีหมู่ 2'-ไฮดรอกซิลบนหมู่โมเลกุลน้ำตาล พันธะไฮโดรเจนกับ Asp-84 และ Arg-166 จะลดลงอย่างมาก ส่งผลให้การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างลดลงและการจับกับสารตั้งต้นอ่อนลง[ 6 ]
บทบาททางสรีรวิทยา
UCK2 เป็นหนึ่งในสองยูริดีน-ไซทิดีนไคเนสของมนุษย์ โปรตีน UCK อีกตัวหนึ่งคือยูริดีน-ไซทิดีนไคเนส 1 ซึ่งมีลำดับกรดอะมิโนที่เหมือนกับ UCK2 ประมาณ 70% [ 7 ]ในขณะที่ UCK1 ถูกแสดงออกอย่างแพร่หลายในเนื้อเยื่อที่แข็งแรงหลายชนิด รวมถึงตับ กล้ามเนื้อโครงร่าง และหัวใจ แต่ UCK2 ถูกตรวจพบเฉพาะในเนื้อเยื่อรกเท่านั้น[ 10 ]อย่างไรก็ตาม UCK2 มีความสำคัญทางวิทยาศาสตร์เป็นพิเศษเนื่องจากการแสดงออกมากเกินไปในเซลล์มะเร็ง[ 13 ]ซึ่งทำให้มันเป็นเป้าหมายใน การ รักษาโรคมะเร็ง
การศึกษาที่กำหนด พารามิเตอร์จลนศาสตร์ของ Michaelis-Menten สำหรับเอนไซม์เหล่านี้เผยให้เห็นว่า UCK2 มี ความสัมพันธ์ในการจับที่สูงกว่า 4 ถึง 6 เท่าอัตราสูงสุดที่เร็วกว่า และประสิทธิภาพที่มากกว่าสำหรับสารตั้งต้นยูริดีนและไซทิดีนเมื่อเทียบกับ UCK1 [ 10 ]
อย่างไรก็ตาม ยูริดีน-ไซทิดีนไคเนสทั้งสองชนิดมีบทบาทสำคัญในการสังเคราะห์นิว คลีโอ ไทด์ไพริมิดีน ซึ่งเป็นส่วนประกอบของRNAและDNAการสังเคราะห์ไพริมิดีนสามารถเกิดขึ้นได้สองเส้นทาง ได้แก่ การสังเคราะห์แบบ de novo ซึ่งอาศัย L- กลูตามีนเป็นสารตั้งต้นของเส้นทาง และการรีไซเคิล ซึ่งเป็นการนำยูริดีนและไซทิดีนในเซลล์กลับมาใช้ใหม่[ 14 ] UCK2 เร่งปฏิกิริยาขั้นตอนแรกของการรีไซเคิลไพริมิดีน และเป็น เอนไซม์ ที่จำกัดอัตราในเส้นทางนี้[ 15 ]
ความเกี่ยวข้องกับโรค
UCK1 แสดงออกอย่างแพร่หลายในเนื้อเยื่อปกติ แต่พบในระดับต่ำในเนื้อเยื่อเนื้องอก ในทางกลับกัน UCK2 ตรวจพบส่วนใหญ่ในเซลล์มะเร็งและเนื้อเยื่อรกปกติ การแสดงออกอย่างเลือกสรรในเนื้อเยื่อเป้าหมายส่งผลให้มีการระบุ UCK2 เป็นเป้าหมายในการบำบัดโรคมะเร็ง[ 16 ]
กลยุทธ์หนึ่งสำหรับการบำบัดโรคมะเร็งและไวรัสเกี่ยวข้องกับการใช้ UCK2 เพื่อกระตุ้นโปรดรัก ต้านเนื้องอก ผ่านการฟอสโฟรีเลชัน [ 17 ] ตัวอย่างเช่น 1-(3-C-ethynyl-β-D-ribopentofuranosyl)cytosine (ECyd) และ 1-(3-C-ethynyl-β-D-ribopentofuranosyl)uridine (EUrd) เป็นสารยับยั้งRNA polymerase ที่อยู่ระหว่างการวิจัยเพื่อใช้เป็นยาต้านมะเร็ง[ 18 ]อย่างไรก็ตาม นิวคลีโอไซด์จะมีฤทธิ์ทางคลินิกหลังจากฟอสโฟรีเลชันสามครั้ง ดังนั้น UCK2 จึงมีบทบาทสำคัญในการเริ่มต้นการกระตุ้นยา กลยุทธ์ทางเลือกอีกวิธีหนึ่งเกี่ยวข้องกับการยับยั้ง UCK2 เพื่อปิดกั้นการกู้คืนไพริมิดีนในเซลล์มะเร็ง[ 19 ]ในเซลล์มะเร็งบางสายพันธุ์ การสังเคราะห์ไพริมิดีนส่วนใหญ่เกิดขึ้นผ่านทางเส้นทางการกู้คืน[ 20 ]การปิดกั้นการกู้คืนไพริมิดีนสามารถป้องกันการสังเคราะห์ DNA และ RNA ส่งผลให้การแพร่กระจายของเซลล์ลดลง
นอกจากนี้ การวิจัยยังระบุว่าการยับยั้ง UCK2 สามารถรบกวนการสร้างไรโบโซม ทำให้เกิดความเครียดในนิวคลีโอลัส และกระตุ้น เส้นทางการส่งสัญญาณ อะพอพโท ซิส เพื่อตอบสนองต่อความเครียด นี้ โปรตีนไรโบโซมจะถูกปล่อยออกจากนิวคลีโอลัสและจับกับMDM2ซึ่งเป็นโปรตีนที่ควบคุมp53การยับยั้ง UCK2 สามารถกระตุ้น p53 ซึ่งเป็นสารยับยั้งเนื้องอกที่เหนี่ยวนำให้เกิดอะพอพโทซิสในเซลล์มะเร็ง ได้ โดยการป้องกัน การ ยูบิควิติน ของ p53 ที่เกิดจาก MDM2 [ 21 ]
การศึกษาหลายชิ้นแสดงให้เห็นว่า UCK2 มีการแสดงออกมากเกินไปในมะเร็งหลายชนิด และการแสดงออกมากเกินไปนี้เกี่ยวข้องกับพยากรณ์โรคที่ไม่ดีและอัตราการรอดชีวิตที่ลดลง[ 22 ]ตัวอย่างเช่น UCK2 มีการแสดงออกมากเกินไปในระยะเริ่มต้นของมะเร็งปอด ซึ่งบ่งชี้ว่าสามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้ทางชีวภาพสำหรับการวินิจฉัยในระยะเริ่มต้นได้[ 23 ]
UCK2 สามารถส่งเสริมการแพร่กระจายของเซลล์มะเร็งผ่านกลไกที่ไม่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมเร่งปฏิกิริยาหรือหน้าที่การเผาผลาญ ดูเหมือนว่าจะกระตุ้น เส้นทาง ที่ก่อให้เกิดมะเร็งเช่นSTAT3และเอนไซม์เช่นMMP2และMMP9ซึ่งมีส่วนช่วยในการแพร่กระจายของเซลล์และการแพร่กระจายของมะเร็ง[ 22 ]
คลิกที่ยีน โปรตีน และเมตาบอไลต์ด้านล่างเพื่อเชื่อมโยงไปยังบทความที่เกี่ยวข้อง[ § 1 ]
- ↑แผนผังเส้นทางแบบโต้ตอบสามารถแก้ไขได้ที่ WikiPathways: "FluoropyrimidineActivity_WP1601 "
อ่านเพิ่มเติม
- Satlin A, Kucherlapati R, Ruddle FH (1976). "การกำหนดตำแหน่งของยีนสำหรับยูริดีนโมโนฟอสเฟตไคเนสของมนุษย์บนโครโมโซม 1 โดยใช้แผงโคลนลูกผสมเซลล์ร่างกาย" Cytogenetics and Cell Genetics . 15 (3): 146– 152. doi : 10.1159/000130513 . PMID 172293 .
- Jamil TP, Swallow DM, Povey S (ธันวาคม 1978). "การศึกษาเปรียบเทียบรูปแบบการสลายตัวที่เกี่ยวข้องกับอายุของเอนไซม์นิวคลีโอไซด์โมโนฟอสเฟตไคเนสบางชนิดในเซลล์เม็ดเลือดแดงของมนุษย์" Biochemical Genetics . 16 ( 11– 12): 1219– 1232. doi : 10.1007/BF00484542 . PMID 220950 . S2CID 36455903 .
- Ozaki K, Kuroki T, Hayashi S, Nakamura Y (กันยายน 1996). "การแยกยีนเฉพาะอัณฑะ 3 ยีน (TSA303, TSA806, TSA903) โดยวิธีแสดงผล mRNA ที่แตกต่างกัน" Genomics . 36 (2): 316– 319. doi : 10.1006/geno.1996.0467 . PMID 8812458 .
- Van Rompay AR, Johansson M, Karlsson A (กันยายน 1999). "การฟอสฟอริเลชันของโมโนฟอสเฟตอะนาล็อกดีออกซีไซทิดีนโดยไคเนส UMP-CMP: ลักษณะทางโมเลกุลของเอนไซม์ของมนุษย์" Molecular Pharmacology . 56 (3): 562– 569. doi : 10.1124/mol.56.3.562 . PMID 10462544 . S2CID 22945276 .
- Komatsu N, Kimura Y, Kido A, Oya M (ธันวาคม 1990). "Polymorphism of uridine monophosphate kinase: population study in Japanese and phenotyping in bloodstains". International Journal of Legal Medicine . 104 (1): 13– 16. doi : 10.1007/BF01816477 . PMID 11453085. S2CID 34509780 .
- Pearman AT, Castro-Faria-Neto HC, McIntyre TM, Prescott SM, Stafforini DM (ตุลาคม 2544). "ลักษณะเฉพาะของกิจกรรมเอนไซม์ไคเนส UMP-CMP ของมนุษย์และบริเวณที่ไม่ถูกแปลรหัส 5'" Life Sciences . 69 (20): 2361– 2370. doi : 10.1016/S0024-3205(01)01322-4 . PMID 11681623 .
- Liou JY, Dutschman GE, Lam W, Jiang Z, Cheng YC (มีนาคม 2545). "ลักษณะเฉพาะของไคเนส UMP/CMP ของมนุษย์และการฟอสโฟรีเลชันของโมโนฟอสเฟตอะนาล็อกดีออกซีไซทิดีนฟอร์ม D และ L" การวิจัยมะเร็ง62 (6): 1624– 1631. PMID 11912132
- Kashuba E, Kashuba V, Sandalova T, Klein G, Szekely L (สิงหาคม 2545). "โปรตีนนิวเคลียร์ EBNA-3 ที่เข้ารหัสโดยไวรัส Epstein-Barr จับกับยูริดีนไคเนส/ยูราซิลฟอสโฟริโบซิลทรานสเฟอเรสของมนุษย์ตัวใหม่" . BMC Cell Biology . 3 23. doi : 10.1186/1471-2121-3-23 . PMC 126255 . PMID 12199906 .
- Gevaert K, Goethals M, Martens L, Van Damme J, Staes A, Thomas GR และ คณะ (พฤษภาคม 2546) "การสำรวจโปรตีโอมและการวิเคราะห์กระบวนการโปรตีนโดยการระบุเปปไทด์ปลาย N ที่คัดแยกด้วยสเปกโทรเมตรีมวล" Nature Biotechnology 21 ( 5): 566– 569. doi : 10.1038/nbt810 . PMID 12665801 . S2CID 23783563 .
- Pasti C, Gallois-Montbrun S, Munier-Lehmann H, Veron M, Gilles AM, Deville-Bonne D (เมษายน 2546). "ปฏิกิริยาของเอนไซม์ไคเนส UMP-CMP ของมนุษย์กับสารตั้งต้นตามธรรมชาติและสารตั้งต้นอะนาล็อก"วารสารชีวเคมีแห่งยุโรป 270 ( 8): 1784– 1790. doi : 10.1046/j.1432-1033.2003.03537.x . PMID 12694191 .
- Suzuki NN, Koizumi K, Fukushima M, Matsuda A, Inagaki F (สิงหาคม 2546). "การตกผลึกและการวิเคราะห์รังสีเอกซ์เบื้องต้นของยูริดีน-ไซทิดีนไคเนส 2 ของมนุษย์" Acta Crystallographica. Section D, Biological Crystallography . 59 (Pt 8): 1477–1478 . Bibcode : 2003AcCrD..59.1477S . doi : 10.1107/S0907444903011533 . PMID 12876357 .
- Aldenhoven J, Chen Y, Moran C (2006). "การกำหนดตำแหน่งของ UCK2, ATF3 และ RGS18 จากโครโมโซม 1 ของมนุษย์ไปยังโครโมโซม 4, 9 และ 10 ของสุกรด้วยแผงโซมาติกและไฮบริดรังสี" . Cytogenetic and Genome Research . 112 ( 3– 4): 341F. doi : 10.1159/000089896 . PMID 16484797 .