Protein-kináz - biológia

Molekuláris iránytű a sejtek igazításához

protein-kináz

Mi teszi a levelek öregedését ősszel

A keselyű gyöngytyúk demokráciája

Ekembo környezete: Az emberek nyílt tájakon is éltek

| Genetika | Mezőgazdaság, erdészet és állattenyésztés

A búzafajtát vad füvek keresztezésével hozták létre

| Genetika | Mezőgazdaság, erdészet és állattenyésztés

Árpa Pangenom: Mérföldkő az üveggyár felé vezető úton

Csökkentett táplálékfogyasztással, hosszabb élettartammal

Az állatmentes módszer megjósolja a nanorészecskék toxicitását

Sejtvándorlás: egy ismert fehérje újonnan felfedezett funkciója

Protein-kináz

Protein-kinázok olyan enzimek, amelyek katalizálják a foszfátcsoport átadását egy donorból (általában ATP) egy aminosav oldallánc hidroxil (OH) csoportjába. A kinázok tehát foszforil-transzferázok.

A kinázok fejlődése

Manning szerint az eukarióta genomban található összes gén körülbelül 2% -a kódolja a kinázokat. A körülbelül 518 kináz képes a sejt összes fehérjéjének 30% -át foszforilezni. [1] Egy sejtben az összes kináz összege is meg lesz Kinom nevű (-omik alapján). A kináz domének szekvencia-hasonlóságain, az ismert biológiai funkciókon alapuló osztályozás 10 csoportot, 143 családot és 212 alcsaládot mutat az emberek, a legyek, a férgek és az élesztő kinomáiban.

A kinázok funkciói

A fehérje foszforilációja egy nagyon fontos poszt-transzlációs kontroll mechanizmus a sejtjel transzdukciójában. Ide tartozik például az enzimek vagy a transzkripciós faktorok aktivitásának szabályozása. A foszforilezés aktiválhatja/gátolhatja a célfehérjét, vagy meghatározhatja annak szubcelluláris lokalizációját a töltés vagy a konformáció megváltoztatásával. Ezeknek a fehérje-foszforilezéseknek a fiziológiai hatása a kináz adott szubsztrátumától függ.

A protein-kináz diszfunkció számos betegség oka. A protein-kinázok tehát vonzó molekuláris célpontok a gyógyszerintervenció számára, és a gyógyszeripar intenzíven kutatja őket. A protein-kinázok "specifikus" inhibitorait sikeresen alkalmazzák a rákterápiában (lásd pl. Imatinib krónikus myeloid leukémia kezelésében).

A kináz aktivitás szabályozása

A protein-kinázok messzemenő hatásai miatt őket is szigorúan szabályozni kell. A szabályozási tényezők a következők:

  • Kofaktorok/másodlagos hírvivő anyagok (Ca 2+, IP3, cAMP stb.)
  • Aktivátor és inhibitor fehérjék
  • Álszubsztrátok
    • Autoinhibíció (a protein-kináz peptidlánc egy része álszubsztrátként működik)
    • A ligandum kötődik a szabályozó alegységekhez
  • Foszforilezés az aktív helyen
    • egyéb protein-kinázok (Ford-foszforilezés)
    • magát (Cis-foszforiláció/auto-foszforiláció)
  • Szubcelluláris lokalizáció a cellán belül

A protein-kinázok típusai

A legtöbb protein-kináz foszforilálja a szerin/treonin vagy aromás tirozin aminosavakat. Vannak azonban olyan bispecifikus protein kinázok (EC 2.7.12; pl. MEK vagy MAP2K), amelyek képesek foszforilezni mind a szerin/treonin, mind a tirozin maradványokat.

Szerin/treonin kinázok

Ezek a protein-kinázok (EC 2.7.11) foszforilezik a szerin és a treonin aminosavak hidroxilcsoportjait (OH csoportjait). Ezeket a kinázokat a következők szabályozzák:

  • cAMP vagy cGMP
  • 1,2-diacilglicerin (DAG)
  • Ca 2+ vagy kalmodulin
  • PIP3 és más foszfolipidszármazékok

Azt, hogy a szerin/treonin kinázok nem foszforilálják az összes szerint és más fehérjék treoninjait, a környező peptidszekvenciával való kölcsönhatás határozza meg. Ezek a szekvenciák Konszenzus szekvenciák hívott. Az alacsony specificitás miatt ezek a kinázok nem az egyes fehérjéket, hanem a teljes fehérjecsaládokat foszforilezik. Ezeket az enzimeket gátolja az a tény, hogy egy pszeudo-szubsztrát a megfelelő kináz célszekvenciáját utánozva kötődik az aktív centrumhoz, de nincs szerinje vagy treoninja.

Izom-foszforilil-kináz A

Ez az enzim (EC 2.7.11.19) az első Ser/Thr kináz, amelyet 1956-ban fedeztek fel [2]. A glikogén-anyagcsere kulcsfontosságú enzime.

Protein-kináz A

Ennek az enzimnek több funkciója van a sejtben. Ide tartozik a glikogén, a cukor és a lipid anyagcsere szabályozása. A protein-kináz A (EC 2.7.11.11) két doménből áll. A kisebbik nagyszámú β-lapból áll, míg a nagy alegység nagyszámú α-hélixet tartalmaz. A katalitikus központ a két alegység között helyezkedik el. Ha az ATP egy szubsztrátumhoz kötődik, az alegységek egymás ellen fordulnak, így az ATP γ-foszfátcsoportja közel kerül a foszforilálandó aminosavhoz, és az átviteli reakció lejátszódhat.

Önmagát a cAMP szabályozza. A cAMP-t egy két szabályozó és két katalitikus alegységből (R2C2) álló inaktív tetramerhez kötve a szabályozó alegységeket elválasztjuk a katalitikusaktól, ami lehetővé teszi más fehérjék foszforilezését. A protein-kináz A-t foszforilezés szabályozza.

Ezenkívül egy foszfodiészteráz aktiválásával a rendelkezésre álló cAMP mennyiséget csökkentik azáltal, hogy AMP-vé alakítják át. Ennek eredményeként a protein-kináz A saját gátlását okozza, ami azt jelenti, hogy a kináz nem "tartósan aktiválható".

Protein-kináz B

Amit a főleg angol nyelvű szakirodalomban gyakran neveznek törvény az úgynevezett kináz a PI3K/Akt jelátviteli út enzimje, amely számos hatással van a sejt homeosztázisára, és szabályozza a túlélést, az apoptózist, a proliferációt és az anyagcserét. Az Akt három, egymással szorosan kapcsolódó izoformában (Akt1, Akt2, Akt3) fordul elő, amelyek szekvenciái a 14q32, 19q13 és 1q43 kromoszómákon vannak kódolva. Az egyes izoformák között nem találtak szubsztrát-specificitásbeli különbségeket.

Az aktiválás több lépésben történik. Kezdetben a foszfatidil-inozitol-3-kinázokat (PI3K) aktivált receptor tirozin-kinázok toborozzák a membránra, és így aktiválják. Az aktivált PI3K katalizálja a foszfatidil-inozitol foszfatilezését foszfatidil-inozitol-3-foszfáttá vagy a foszfatidil-inozit-4-foszfát foszfatidil-inozitol-3,4-biszfoszfátvá és a foszfatidil-inozit-4,5-biszfoszfát foszfatidil-inozit-3,4,5-triszfoszfátjává. A kapott szubsztrátok most fehérjéket is toboroznak Pleckstrin Homológia(PH) domének a membránhoz. Az így dokkolt Akt most egy további szignálmolekulán keresztül aktiválható, amely rendelkezik PH-doménekkel és amely foszforilálja a PDK1-et (foszfoinozitid-függő kináz 1).

Mint fentebb említettük, a protein-kináz B szabályozza többek között az érintett sejt túlélését, szaporodását és halálozási ciklusát. Ilyen például a Glut4 glükózreceptor megnövekedett előfordulása egy bejövő inzulinjel mellett. Ennek a hordozónak az átírása kaszkádként jön létre, és beépülését a vezikulák transzportja és összehúzódása indítja el. Az enzim aktivitását a Tumor szuppresszor fehérje PTEN, amely felelős például a foszfatidil-inozitol-3,4,5-triszfoszfát foszfatidil-inozitol-4,5-biszfoszfáttá (vagy más 3'-foszforilezett foszfoinozididdá) történő defoszforilezéséért. Ez alkalmatlanná teszi a protein-kináz szubsztrátumát, mivel az már nem képes dokkolni a PH-doménre.

A funkció és a szabályozási mechanizmusok sokfélék, és még ma is részletesen megvizsgálják őket, mivel feltételezzük, hogy a jelátviteli út bizonyos területein mutáció (pl. PTEN) alapja a tumorok kialakulásának.

Protein-kináz C

A protein-kináz C (EC 2.7.11.13) kifejezés az emlősökben 12 tagú fehérjecsaládra vonatkozik, a Ca 2+, a diacilglicerin és egy ilyen foszfolipid. B. aktiválásához foszfatidilkolinra van szükségük. A legtöbb esetben, amikor ezekről az enzimekről beszélünk, a protein kináz Cα-t értjük.

A protein-kinázok erősen konzervált fehérjék, amelyek egy N-terminális szabályozó doménből és egy C-terminális katalitikus doménből állnak. Amíg az enzimet nem aktiválja egy tumor promoter, például a tetradekanoil-forbol-acetát (TPA) vagy a fent említett egyik kofaktor, addig inaktív. Az általános lineáris szerkezet:

N - álszubsztrát - TPA/DAG kötés - Ca 2+ kötés - ATP kötés - szubsztrát kötés - C

Az aktiválás során a protein-kináz C az aktivált protein-kináz C (RACK fehérjék) receptorainak segítségével a sejtmembránba költözik. Aktiválás után ezek a kinázok sokáig aktívak maradnak, bár a Ca 2+ koncentráció ismét csökkent. Ez annak a diacil-glicerinnek tulajdonítható, amelyet foszfatidil-inozitból foszfolipáz képez. Ezt ugyanazok a jelek aktiválják, mint maga a protein-kináz.

A protein-kináz C célszekvenciája hasonló a protein-kináz A-hoz, mivel sok bázikus aminosavmaradékot tartalmaz a foszforilezett Ser/Thr-maradékok közelében. A protein-kináz C szubsztrátjai a MARCKS fehérjék, a MAP kinázok, a transzkripciós faktor gátló IκB, a D3 vitamin receptor, a Raf kináz, a kalpain és az EGF receptor.

Tirozin-kinázok

A tirozin-kinázok (EC 2.7.10) közé tartoznak az úgynevezett receptor tirozin-kinázok (RTK-k) és a receptor funkció nélküli tirozin-kinázok. Körülbelül 50 különböző RTK csoportosul 18 receptorcsaládba. [3] A ligandumok szerint ezek az RTK-k a következő családokba vannak csoportosítva:

  • EGAA
  • PDGF
  • inzulin
  • VEGF
  • FGF
  • Ephrin
  • Axl/Ufo
  • Angiopoietinek
  • és egyéb.