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Los trastornos del neurodesarrollo (TND) surgen de diversas etiologías con determinantes ambientales o genéticos que impulsan el desarrollo atípico del sistema nervioso1. Las pruebas genéticas de secuenciación de próxima generación han relacionado un número cada vez mayor de variantes en genes relacionados con el sistema de ubiquitina con NDD genéticos2. El sistema de ubiquitina cataliza la ligadura del pequeño modificador de proteínas ubiquitina a residuos de lisina principalmente en sustratos de proteínas para impulsar cambios en el comportamiento celular, incluida la localización, la estabilidad, las interacciones proteína-proteína o la actividad3. La ubiquitilación está mediada por las enzimas E1 activadoras, E2 conjugadoras y E3 ligasas4 y es reversible por la actividad de las enzimas desubiquitilantes (DUB) que catalizan la escisión y la eliminación de la ubiquitina de los sustratos proteicos5. La ubiquitina se puede ligar al sustrato como un monómero (monoubiquitilación) o cadenas poliméricas (poliubiquitilación) que se forman en cualquiera de los siete residuos de lisina (K6, K11, K27, K29, K33, K48, K63) o el residuo M1 de la ubiquitina. Estas diferentes topologías de cadena de ubiquitina y sus combinaciones crean un código celular que es clave para la transducción de señales6.
Los DUB como USP27X, USP7, USP9X, USP48, STAMBP, OTUD4, OTUD6B y OTUD5 se han asociado con los NDD 2,7,8,9,10,11. Para la mayoría de los NDD, los mecanismos moleculares que impulsan la patogénesis siguen sin definirse experimentalmente. Algunos de los DUB que impulsan los trastornos recientemente descritos son poco conocidos y carecen de lecturas celulares conocidas que puedan usarse para evaluar el impacto de la variación genética en la función de las proteínas. In vitro, los ensayos de escisión de la cadena de ubiquitina superan esta limitación como lecturas de actividad DUB independientes del sustrato que pueden medir el impacto de las variantes genéticas en la actividad enzimática12.
Los ensayos de escisión de ubiquitina in vitro se han utilizado desde la década de 1980. Estos ensayos con sustratos radiomarcados permitieron el descubrimiento de los primeros DUBs, incluyendo la isopeptidasa, identificada por su capacidad de deubiquitilado la histona H2A13, y la ubiquitina carboxilo hidrolasa terminal (UCH), identificada por su capacidad de hidrolizar ubiquitina a partir de una variedad de conjugados químicos 14,15,16. Además, se utilizaron proteínas o péptidos poliubiquitilados de longitud completa radiomarcados para identificar la isopeptidasa T y varias UCHs y proteasas específicas de ubiquitina (UBPs) de eritrocitos y músculo esquelético, respectivamente 17,18,19,20. Se utilizaron por primera vez cadenas de ubiquitina de una longitud y un tipo de enlace definidos (tetra-ubiquitina ligada a K48) para medir la actividad DUB de la isopeptidasa T21. Desde entonces, este ensayo se ha convertido en el estándar de oro para medir la actividad de DUB en análisis mutacionales22,23. El refinamiento de este ensayo permite actualmente la visualización de la escisión de ubiquitina a través de electroforesis y tinciones de gel convencionales como el azul de Coomassie, el naranja SYPRO, el rubí y la tinción de plata o la detección fluorescente o basada en inmunotransferencia12,24. Los aspectos moleculares de la actividad de DUB, como la longitud mínima de la cadena y la especificidad del enlace 25,26,27,28, pueden aclararse mediante el uso de cadenas de ubiquitina de diferentes longitudes (por ejemplo, di-, tri-, tetra-ubiquitina) y enlaces (K6, K11, K27, K29, K33, K48, K63, lineales) en ensayos funcionales. Las variantes asociadas a NDD pueden conducir a defectos de actividad DUB que son específicos del tipo de enlace de la cadena de ubiquitina11.
Un ensayo de escisión de diubiquitina utilizando proteínas DUB recombinantes purificadas puede medir directamente el impacto de las variantes de NDD en la actividad de DUB. USP27X, que está mutado en el trastorno de discapacidad intelectual ligado al cromosoma X NDD 105 (XLID105)7,28 modela el proceso que aquí se presenta. Este enfoque permite determinar cómo la actividad de DUB se ve interrumpida por variantes genéticas en NDD asociados a DUB existentes y desconocidos.