اليوبيكوتين، وهو تعديل لا غنى عنه بعد الترجمة، هو منظم حيوي لوظائف البروتين داخل الخلية1. يتكون نظام اليوبيكويتين-بروتيازوم (UPS)، الذي يتوسط في تحلل أكثر من 80٪ من البروتينات في حقيقيات النوى، من اليوبيكويتين (Ub)، والإنزيمات المنشطة ل E1، وإنزيمات الاقتران E2، وليغازات E3، وإنزيمات ديوبيكويتيل (DUBs)، وبروتيسوم 26S 2. ينظم هذا النظام دوران البروتين بدقة عالية، وبالتالي يتحكم في العمليات الخلوية الأساسية مثل تقدم دورة الخلية3، نقل الإشارة 4,5، واستجابات الإجهاد 6,7. اليوبيكوتينيشن هو عملية إنزمية متعددة الخطوات. يقوم E1 بتحليل ATP ليؤدي إلى أدينيل الطرف C ل Ub، مكولا وسيطا من Ub-AMP. ثم ينقل اليوب المنشط من E1 إلى الموقع النشط للسيستين في إنزيم مترافق E2، مكونة رابطة ثيوستر. أخيرا، يقوم ليغاز E3 بتجنيد كل من مركب E2-Ub والبروتين المستهدف، مما يحفز نقل اليبون من E2 إلى بقايا الليسين على الركيزة8.
يمكن لليوبيكويتين تشكيل سلاسل متعددة من البولي يوبيكويتين من خلال الربط عند سبعة بقايا ليسين (Lys6، Lys11، Lys27، Lys29، Lys33، Lys48، Lys63) أو Met1(M1)4. كل نوع من الروابط يحدد نتائج بيولوجية مميزة: السلاسل المرتبطة ب K48 تستهدف بشكل أساسي البروتينات لتحلل البروتيازومي9، وسلاسل K63 المرتبطة ب K63 تنظم الإشارات وإصلاح الحمض النووي10،11، وسلاسل M1 المرتبطة ضرورية للاستجابات المناعية الفطرية12. اليوبيكوتينيشن وإزالة اليوبيكوتينيشن هما عمليتا تعديل محورية بعد الترجمة تحكمان أحداثا خلوية متنوعة، بدءا من تحلل البروتين إلى نقل الإشارة. على سبيل المثال، في سرطان القولون والمستقيم، يؤدي التنشيط الشاذ لنوبة p53 اليوبيكويتينية التي تتوسط MDM2 إلى تحلل مفرط ل p53، مما يضعف قدرته على تحفيز توقف دورة الخلايا والموت المبرمج، مما يدفع تقدم الورم ومقاومة الكيماويين13,14. في إصابة نقص التروية الكبدي-إعادة التروية، يقوم OTUD1 بتثبيت NRF2 عن طريق إزالة البولييوبيكويتينات المرتبطة ب K48، مما يخفف مستويات الإجهاد التأكسدي داخل الخلية15,16. دخلت مجموعة من مثبطات البروتيازوم مثل بورتيزوميب، كارفيلزوميب، وإكزازوميب، تدريجيا في الممارسة السريرية لأمراض مثل الورم النخاعيالمتعدد 17، 18، 19.
حاليا، هناك العديد من الطرق للكشف عن البروتينات الشاملة في كل مكان، بما في ذلك الغربي البلوتينج، والاختبارات القائمة على النشاط الإشعاعي، واختبارات التألق20. ومع ذلك، في البحث العلمي، تظل البقعة الغربية الطريقة المفضلة للكشف عن وجود البروتينات في كل مكان بسبب بروتوكولها السريع والمباشر نسبيا. الطرق التقليدية للكشف عن البروتينات المجمعة في اليوبيكوتينات تشبه تقنية التفاعل المناعي المشترك (co-IP): حيث تستخدم مخزن تحلل لحضانة وتحليل حبيبات الخلايا عند درجة حرارة منخفضة لإطلاق البروتينات، ثم تستخدم الأجسام المضادة للكشف عن تكوين بروتينات الركيزة21,22. ومع ذلك، غالبا ما يتطلب هذا البروتوكول التجريبي عددا كبيرا من الخلايا. بالإضافة إلى ذلك، وبما أن طريقة التحلل الخفيفة نسبيا عند درجات حرارة منخفضة لا يمكنها تعطيل تفاعلات البروتين تماما، فإن ذلك يزيد من احتمال حدوث نتائج إيجابية كاذبة في اليوبيكويتينيشن المكتشف. يمكن أن يؤدي التسخين واستخدام SDS إلى تعطيل كبير بنية البروتين، مما يؤدي إلى تفريغها الكامل، وبالتالي تقليل النتائج الإيجابية الكاذبة الناتجة عن تفاعلات البروتينوالبروتين 23,24,25. وبالمثل، تخضع الخلايا لكمية كافية من التحلل عند التسخين ومعالجة SDS، مما يطلق المزيد من البروتينات، وبالتالي يقلل من كمية الخلايا المطلوبة للتجربة. باختصار، تقوم طريقة الحمام الجليدي وطريقة المعالجة بالحرارة بتحليل الخلايا واكتشاف مستويات الانتشار في بروتينات الركيزة عبر حضانة الأجسام المضادة. ومع ذلك، تؤدي طريقة التسخين إلى تحلل خلوي أكبر وزيادة في تآكل البروتين.
يلعب TGF-β دورا مزدوجا في العمليات الفيزيولوجية المرضية لمختلف الأمراض 26,27. SMAD2 هو عامل نسخ حاسم في TGF-β. يستهدف التحول الشامل بواسطة SMURF2 ل SMAD2 لتحلل البروتيازومات، مما يضبط شدة إشارة TGF-βبدقة 28. تحدد هذه الدراسة وتقارن بين طريقتين لتحليل الخلايا لقياس مستويات التوفيرية في الخلايا الثديية، باستخدام نموذج SMURF2/SMAD2. هنا، تم تحفيز فرط التعبير البروتيني في خلايا HEK293T بواسطة النقل العابر باستخدام بلازميدات HA-Ub وFLAG-SMAD2 وMYC-SMURF2. تم تحلل الخلايا باستخدام طريقة الحمام الجليدي وطريقة المعالجة بالحرارة على التوالي. تم اكتشاف البروتينات التي تحتوي على يوبيكوتين بواسطة تحليل البلوت الغربي. وجدنا أن طريقة الحمام الجليدي وطريقة المعالجة بالحرارة يمكن استخدامها للكشف عن مستويات اليوبيكوتينية، وقد تجعل طريقة المعالجة الحرارية من السهل اكتشاف وجود يوبيكوتينات ل SMAD2. يوفر هذا البروتوكول بديلا جديدا للكشف عن البروتينات اليوبيكوتينية. علاوة على ذلك، بالنسبة لبعض البروتينات الركيزية المرتبطة بقوة باليوبيكوتين، تحقق طريقة المعالجة بالحرارة كفاءة تحلل البروتينات أفضل، مما يتيح الكشف بسهولة أكبر عن اليوبيكوتين.