Ubiquitinasyon, vazgeçilmez bir translasyon sonrası modifikasyon olup, hücre içi protein fonksiyonlarının kritik birdüzenleyicisidir 1. Eukaryotlardaki proteinlerin %80'inden fazlasının bozulmasını sağlayan ubiquitin-proteasom sistemi (UPS), ubiquitin (Ub), E1 aktive edici enzimler, E2 konjuge enzimleri, E3 ligazlar, deubiquitylasyon enzimleri (DUB'lar) ve 26Sproteasome 2'den oluşur. Bu sistem, protein dönüşümünü yüksek özgüllükle düzenler; böylece hücre döngüsüilerlemesi 3, sinyal iletimi 4,5 ve stresyanıtları 6,7 gibi temel hücresel süreçleri kontrol eder. Ubiquitinasyon çok aşamalı bir enzimatik süreçtir. E1, ATP'yi hidrolize ederek Ub'un C-terminalini adenilize eder ve böylece bir Ub-AMP ara maddesi oluşturur. Daha sonra, aktive edilen Ub, E1'den bir E2 konjuge edici enzimin aktif sistein bölgesine aktarılır ve böylece bir tioester bağı oluşur. Son olarak, bir E3 ligaz hem E2-Ub kompleksini hem de hedef proteini ayarlayarak Ub'un E2'den substrat8 üzerindeki lizin kalıntısına transferini katalize eder.
Ubiquitin, yedi lizin rekıntısında (Lys6, Lys11, Lys27, Lys29, Lys33, Lys48, Lys63) veya Met1(M1)4 üzerinden çeşitli poliubiquitin zincirleri oluşturabilir. Her bağlantı türü farklı biyolojik sonuçlar belirler: K48 bağlantılı zincirler öncelikle proteinleri proteazomal bozulmaiçin hedef alır 9, K63 bağlantılı zincirler sinyal ve DNA onarımınıdüzenler 10,11 ve M1 bağlantılı zincirler doğuştan gelen bağışıklık yanıtları içinkritiktir 12. Ubiquitinasyon ve deubiquitinasyon, protein bozunmasından sinyal iletimine kadar çeşitli hücresel olayları yöneten kritik translasyonel modifikasyon süreçleridir. Örneğin, kolorektal kanserde, MDM2 aracılı p53 ubiquitinasyonunun anormal aktivasyonu p53'ün aşırı bozulmasına yol açar; bu da hücre döngüsünün durması ve apoptozunu indükleme yeteneğini zayıflatarak tümör ilerlemesini ve kemodirençoluşturur 13,14. Hepatik iskemi-reperfüzyon hasarında, OTUD1, K48 bağlantılı poliubiquitinasyonunu çıkararak NRF2'yi stabilize eder ve böylece hücre içi oksidatif stresseviyelerini 15,16 iyileştirir. Bortezomib, karfilzomib ve ixazomib gibi çeşitli proteozom inhibitörleri, multipl miyelom gibi hastalıklar için klinikuygulamaya kademeli olarak girmiştir 17,18,19.
Şu anda, ubiquitinated proteinleri tespit etmek için western blotting, radyoaktivite tabanlı testler ve floresantestleri 20 dahil olmak üzere birçok yöntem bulunmaktadır. Ancak bilimsel araştırmalarda, western blot, nispeten hızlı ve basit protokolü nedeniyle protein ubiquitinasyonunun tespiti için tercih edilen yöntem olmaya devam etmektedir. Ubiquitinated proteinlerin geleneksel tespit yöntemleri, ko-immünopresipitasyon (co-IP) teknolojisine benzer: hücre pelletlerini düşük sıcaklıkta inkübe etmek ve lizlemek için lizis tamponu kullanırlar, ardından substratproteinlerinin ubiquitinasyonunu tespit etmek için antikorlar kullanırlar 21,22. Ancak, bu deneysel protokol genellikle çok sayıda hücre gerektirir. Ayrıca, düşük sıcaklıkta nispeten hafif liz yöntemi protein etkileşimlerini tamamen bozamadığından, tespit edilen ubiquitinasyonda yanlış pozitif çıkma olasılığını artırır. Isıtma ve SDS kullanımı, protein yapısını önemli ölçüde bozabilir, böylece protein-protein etkileşimlerinden kaynaklanan yanlış pozitif sonuçları etkili bir şekildeazaltabilir. Benzer şekilde, hücreler ısıtma ve SDS tedavisi sırasında yeterli lizize uğrar, daha fazla protein salgılanır ve buna bağlı olarak deney için gereken hücre miktarı azalır. Özetle, hem buz banyosu yöntemi hem de ısı işleme yöntemi, hücreleri lüzüyor ve substrat proteinlerinin ubiquitinasyon seviyelerini antikor kuluçka yoluyla tespit ediyor. Ancak ısıtma yöntemi, hücre lizisinin artmasına ve daha güçlü protein denatürasyonuna yol açar.
TGF-β, çeşitli hastalıkların patofizyolojik süreçlerinde çift roloynar 26,27. SMAD2, TGF-β'nin kritik bir aşağı akış transkripsiyon faktörüdür. SMAD2'nin SMURF2 aracılı ubiquitinasyonu, proteazomal bozulmayı hedefleyerek TGF-β sinyal yoğunluğu28'i ince ayarlar. Bu çalışma, memeli hücrelerinde ubiquitinasyon seviyelerini ölçmek için SMURF2/SMAD2 modelini kullanarak iki hücre lizis yöntemini tanımlar ve karşılaştırır. Burada, HEK293T hücrelerde protein aşırı ekspresyonu, HA-Ub, FLAG-SMAD2 ve MYC-SMURF2 plazmidleriyle geçici transfeksiyonla indüklenmiştir. Hücreler sırasıyla buz banyosu yöntemi ve ısı işleme yöntemiyle lizleştirildi. Ubiquitinated proteinler Western blot analiziyle tespit edildi. Hem buz banyosu yönteminin hem de ısı arıtma yönteminin ubiquitinasyon seviyelerini tespit etmek için kullanılabileceğini ve ısılı işlem yönteminin SMAD2'nin ubiquitinasyonunu daha kolay tespit etmeyi kolaylaştırabileceğini bulduk. Bu protokol, ubiquitinated proteinleri tespit etmek için yeni bir alternatif sunar. Ayrıca, ubiquitinasyonla güçlü şekilde ilişkilendirilen belirli substrat proteinleri için ısı işlem yöntemi daha iyi protein lizis verimliliği sağlar ve böylece ubiquitinasyonun daha kolay tespit edilmesini sağlar.