سكوالين سينثيز

التنوع

يتواجد سكوالين سينثيز في الحيوانات والنباتات والخميرة .  من حيث البنية والميكانيك ، يشبه السكوالين سينثيز بشكل وثيق فايتوين سينثيز (PHS) ،  نوع آخر من البرينل ترانسفيريز . يؤدي PHS دورًا مماثلًا لسكوالين سينثيز في النباتات والبكتيريا، مما يحفز توليف الفايتوين ، وهي سلائف للمركبات الكاروتينية.

الشكل الهيكلي والبنية

يتواجد سكوالين المصنع بشكل حصري على غشاء الشبكة الاندوبلازمية  و يرتكز سكوالين سينثيز على الغشاء عبر  نطاق كروبني طرفي قصير يمتد عبر الغشاء  و يبرز النطاق النيتروجيني الطرفي التحفيزي في السايتوسول ( العصاة الخلوية : مكون سائل من مكونات السيتوبلازم الموجود في الخلية ) حيث تكون الركائز القابلة للذوبان مرتبطة. تشكل الثديات من SQS ما يقرب من 47 كي دالتون وتتألف  تقريبا من 416 من الأحماض الأمينية. تم تحديد التركيب البلوري لقياس سكوالين سينثيز  البشري في عام 2000 ، وكشف أن البروتين يتكون بالكامل من الفا هيلكس .حيث  يتم طي الانزيم في مجال واحد ، و يتميز بقناة مركزية كبيرة. تقع المواقع النشطة لكل من التفاعلات النصفية المحفزة بواسطة SQS داخل هذه القناة. أحد طرفي القناة مفتوح أمام العصارة الخلوية ، في حين يشكل الطرف الآخر كاره للماء و مبتعد عنه .  يحتوي SQS على اثنين من متواليات الأسبارتات الغنية ، والتي يعتقد أنها تشارك مباشرة في الآلية التحفيزية. هذه الأشكال الغنية الأسبارتية هي واحدة من العديد من السمات الهيكلية المحفوظة في الأنزيمات الحيوية الأيزوبرويدانية من الدرجة الأولى ، على الرغم من أن هذه الإنزيمات لا تتشارك في تسلسل التماثل.

آلية العمل

يحفز سكوالين سينثيز عملية الثنائية الجزيئية الاختزالية ل فيرنزل بايروفوسفات  (FPP) حيث يتم تحويل جزيئين متماثلين من FPP إلى جزيء واحد من السكوالين. يحدث التفاعل في خطوتين ، مرورا بالمركب الوسطي بريسكوالين  بايروفوسفات (PSPP). و (FPP) عبارة عن مركب يحتوي على 15 ذرة كربون  ، في حين أن السكوالين غير قابل للذوبان ، و الايزوبرينويد  30 كربونه. هذا التفاعل هو توليف التربين من الذيل إلى الذيل ، لأن كلا جزيئين FPP كلاهما يرتبطان بموضع الكربونه رقم 4 ويشكلان ترابط بينهما 4-4. هذا يتناقض مع ارتباط 4-1  اذي هو  أكثر شيوعا في  التخليق الحيوي  من 4-4 .   تتطلب آلية التفاعل من SQS  جزئ كاتيون موجب الشحنة  ثنائي التكافؤ ، وغالبا ما يكون ايون المغنيسيوم  ، لتسهيل ربط مجموعات بيروفوسفات على FPP.

تكثيف فيرنزل بايروفوسفات  (FPP)

في النصف الأول من التفاعل ، يرتبط جزيئين متطابقين من   إلى سينزاس سكوالين (SQS) بطريقة متسلسلة. ترتبط جزيئات الـ FPP بمناطق متميزة من الإنزيم ، ولها ارتباطات ملزمة مختلفة.  بدءا من الجزء العلوي من الدورة الحفازة أدناه ، يبدأ التفاعل مع تأين FPP لتوليدكاتيون كاربوني . وتلعب بقايا التيروزين (Tyr-171) دورًا حاسمًا في هذه الخطوة من خلال العمل كمانح للبروتونات لتسهيل استخراج البيروفوسفات. علاوة على ذلك ، فإن الأنيون الفينول الناتج يمكن أن يساعد على استقرار الكرب الناتجة عن طريق تفاعلات باي - كاتيون ، والتي ستكون قوية بشكل خاص بسبب طبيعتها  الغنية جدا بالإلكترون من الأنيون الفينول. ثم يتم الهجوم على الكاتيون الأليكلي الناتج عن أولفين من جزيء ثانٍ من FPP ، مما يوفر ارتباطًا كهربيًا ثالثًا. إن الأنيون الفينول الذي تم إنشاؤه من قبل يعمل كقاعدة لتجريد بروتون من هذا المعقد لتشكيل منتج بروبان حلقي ، بروسكولين بيروفوسفات (PSPP). PSPP تم إنشاؤه لا يزال مرتبطا مع SQS للتفاعل الثاني. تم إثبات أهمية وجود بقايا التيروزين في هذه العملية من خلال دراسات الطفرات على الفئران  SQS (rSQS) ،   وحقيقة أن Tyr-171 محفوظ في جميع SQSs المعروفة (و PHSs).  في rSQS ، تم تحويل Tyr-171 إلى بقايا عطرية فينيل انالين  و تريبتوفان ، وكذلك مخلفات تحتوي على الهيدروكسيل سيرين (حمض اميني). لم يتمكن أي من هذه المسوخات من تحويل FPP إلى PSPP أو السكوالين ، مما يدل على أن الحلقات العطرية أو الكحولات وحدها غير كافية لتحويل FPP إلى PSPP.

إعادة ترتيب PSPP والحد منه

في التفاعل نصف الثاني من SQS ، ينتقل بروسكولين بيروفسفات (PSPP) إلى موقع رد فعل ثاني داخل SQS. محافظا على PSPP في القناة المركزية لـ SQS و  يُعتقد أنه يحمي الوسط التفاعلي من التفاعل مع الماء.  من PSPP ، يتم تشكيل السكوالين عن طريق سلسلة من إعادة ترتيب الكاتيون الكربوني. تبدأ العملية بتأين بيروفوسفاتي ، مما يعطي  كاتيونوبروبيلكاربنيل  الكاتيوني . يعيد الأيونات ترتيبها بواسطة هجرة 1 و 2  من بروبان الحلقي  C - C إلى الكاتيون الكربوني ، تشكيل الرابطة هو مبين باللون الأزرق لإعطاء الالكاتيون الكربوني البيوتل الحلقي . في وقت لاحق ، يحدث هجرةل 1 و 2  ثانية لتشكيل كاتيونوبروبيلكاربنيل الكاتيوني آخر ، مع الكاتيون يستريح على الكربون الثلاثي. ثم يتم فتح هذا الخلاط الناتج بعد ذلك بواسطة  جزئ فوسفات ثنائي نيوكليوتيد الأدينين وأميد النيكوتين  ، مما يعطي السكوالين ، والذي يتم إطلاقه بعد ذلك بواسطة SQS في غشاء الشبكة الإندوبلازمية.
بينما يمكن إعادة ترتيب  سايكلوبروبكاركارينز - سايكلوبروبلكاربينل  من خلال وسيطة الكاتيون بيوتيل الحلقي بشكل  منفصل ، لا يمكن حصر  الكاتيون بيوتيل الحلقي المفترض في الدراسات النموذجية. وهكذا ، فإن  الكاتيون بيوتيل الحلقي قد يكون في الواقع حالة انتقال بين الكاتيلين  سايكلوبروبيلكاربينل  ، بدلاً من وسيط منفصل. إن الطبيعة الفراغية للوسيطة والهندسة الأوليفينية في المنتج النهائي تمليها الطبيعة السوبافية لحدوث 1 و 2  نوبات ومتطلبات الستيريو. في حين تم اقتراح آليات أخرى ، فإن الآلية المبينة أعلاه مدعومة بعزل رينيلقول ، وهو الكحول المتكون من احتجاز ثاني  الكاتيون بيوتيل الحلقي بالماء.

التنظيم

FPP عبارة عن وسيط استقلابي مهم في مسار الميفالونيت الذي يمثل نقطة فرع رئيسية في مسارات التيربونايد. و يستخدم FPP لتشكيل عدة فئات مهمة من المركبات بالإضافة إلى الستيرولات (عبر السكوالين) ، بما في ذلك  اليوبيكوينون   و الدوليكول  يحفز SQS الخطوة الالزامية الأولى في التخليق الحيوي للسترول من FPP ، وبالتالي فهي مهمة للتحكم في التدفق نحو منتجات يوبيكوينون و الستيرولات مقابل غير الستيرولات. و يرتبط نشاط SQS ارتباطًا وثيقًا بنشاط اختزال HMG-CoA ، الذي يحفز خطوة تحديد المعدل لمسار الميفالونيت .وتكون مستويات عالية من الكولسترول الضار للجيسم مشتقة و تمنع نشاط HMG-CoA ا ، فلم يعد هناك حاجة للميفالونيت لإنتاج الستيرولات. ومع ذلك ، لوحظ وجود نشاط اختزال ل HMG-CoA المتبقي حتى مع مستويات من الكوليستيرول الضار للجسم  عالية جدا ، بحيث يمكن صنع FPP لتشكيل منتجات غير سترولية ضرورية لنمو الخلايا. لمنع استخدام هذه الـ FPP المتبقية لتكوين الستيرولات  عندما تكون الستيرويد وفيرة ، و  ينخفض نشاط SQS بشكل ملحوظ عندما تكون مستويات LDL عالية.  هذا القمع لنشاط SQS يفكر بشكل أفضل كآلية للتحكم في التدفق ، بدلاً من طريقة لتنظيم مستويات الكوليسترول. هذا لأن HMG-CoA المختزل هو عامل التحكم الأكثر أهمية لتنظيم توليف الكوليسترول (نشاطه يثبط بنسبة 98٪ عندما تكون مستويات LDL عالية).

التنظيم من قبل الستيرولات

يحدث تنظيم SQS في المقام الأول على مستوى النسخ الجيني لسكوالسن. و يعتبر عنصر بروتين ربط عنصر ستيرول (SREBP) لعوامل النسخ أمرًا أساسيًا لتنظيم الجينات المشاركة في توازن الكوليسترول ، وهو مهم للتحكم في مستويات نسخ SQS. عندما تكون مستويات الستيرول منخفضة ، يتم تشريح شكل خامل من SREBP لتشكيل عامل النسخ النشط ، والذي ينتقل إلى النواة للحث على نسخ الجين SQS. من بين عوامل النسخ الثلاث المعروفة SREBP ، فقط SREBP-1a و SREBP-2 ينشطان نسخ الجين SQS في كبد الفأر المعدّل وراثيًا. المزروع في خلايا HepG2  ، و يبدو SREBP-1a أكثر أهمية من SREBP-2 في التحكم في تنشيط محفز SQS. ومع ذلك ، فقد ثبت أن محفزات SQS تستجيب بشكل مختلف لـ SREBP-1a و SREBP-2 في أنظمة تجريبية مختلفة.
وبصرف النظر عن SREBPs ، هناك حاجة إلى عوامل نسخ ملحق لتنشيط أقصى من المروج SQS. و قد كشفت الدراسات المروجة باستخدام فحوصات جين المراسل لوسيفيريز أن عوامل النسخ Sp1 ، و NF-Y و / أو CREB مهمة أيضا لتنشيط المرشد SQS. و يكون ايضا مطلوب NF-Y و / أو CREB لـ SREBP-1a لتنشيط محفز SQS بالكامل ، على الرغم من أن Sp1 مطلوب أيضًا لـ SREBP-2 للقيام بذلك.

الوظيفة البيولوجية

سكوالين سينثيز (SQS) هو إنزيم يشارك في مسار التخليق الحيوي الايزوبرنويدي.و يحفز سينثيز SQS نقطة التفرع بين الاستيثاق الحيوي ستيرول والغيرسترول ، ويلزم البيروفوسفات فيرنزل   (FPP) حصرا لإنتاج الستيرولات. من المواد المهمة التي ينتجها هذا المسار هي الكوليسترول ، الذي يستخدم في أغشية الخلايا ولتخليق الهرمونات.  تتنافس SQS مع العديد من الإنزيمات الأخرى لاستخدام FPP ، حيث أنها مقدمة لمجموعة متنوعة من التيربينويات. و يؤدي الانخفاض في نشاط SQS إلى الحد من تدفق FPP إلى مسار الستيرول ، وزيادة إنتاج منتجات غير ستيرولية . تشمل منتجات نسترول الهامة: يوبيكوينون ، dolichols ، هيما الف ، وبروتينات فيرنزيلية .
وقد أثبت تطوير الفئران بالضربة القاضية  سكوالين سينثيز أن فقدانه قاتل ، وأن الإنزيم ضروري لتطور الجهاز العصبي المركزي.

العلاقة المرضية

يهدف سكوالين سينثيز لتنظيم مستويات الكوليسترول. وقد تبين زيادة التعبير عن SQS لرفع مستويات الكوليسترول في الفئران. لذلك ، مثبطات SQS لها أهمية كبيرة في علاج فرط كوليسترول الدم والوقاية من مرض القلب التاجي (CHD). وقد اقترح أيضًا أن المتغيرات في هذا الإنزيم قد تكون جزءًا من الارتباط الوراثي مع فرط كوليسترول الدم.

مثيطات سكوالين سينثيز

ثبت أن مثبطات سكوالين سينثيز  تقلل من تخليق الكولسترول ، وكذلك لتقليل مستويات ثلاثي الجليسريد في البلازما. قد توفر مثبطات SQS بديلا لمثبطات اختزال HMG-CoA (الستاتينات) ، التي لها آثار جانبية إشكالية لبعض المرضى.  مثبطات سكوالين سينثيز  التي تم بحثها لاستخدامها في الوقاية من أمراض القلب والأوعية الدموية وتشمل لاباكويستات (TAK-475) ، وحمض الزاراجونيك ، و RPR 107393. على الرغم من الوصول إلى التجارب السريرية من المرحلة الثانية ، فقد توقفت لاباكويستات بحلول عام 2008.
يجري حاليا التحقيق في تثبيط سكوالين سينثيز للمثانة في المكورات العنقودية الذهبية كعلاج مضاد للبكتيريا.