Proteínkináza - biológia

Molekulárny kompas na zarovnanie buniek

biológia

Čo robí listy na jeseň starnúcimi

Demokracia perličiek

Prostredie spoločnosti Ekembo: Ľudia tiež žili v otvorenej krajine

| Genetika | Poľnohospodárstvo, lesníctvo a chov zvierat

Pšeničná odroda vznikla krížením divých tráv

| Genetika | Poľnohospodárstvo, lesníctvo a chov zvierat

Jačmeň Pangenom: míľnik na ceste do sklárne

Pri zníženom príjme potravy, dlhšia životnosť

Metóda bez zvierat predpovedá toxicitu nanočastíc

Migrácia buniek: novoobjavená funkcia známeho proteínu

Proteínkináza

Proteínkinázy sú enzýmy, ktoré katalyzujú prenos fosfátovej skupiny z donora (zvyčajne ATP) na hydroxylovú skupinu (OH) bočného reťazca aminokyseliny. Kinázy sú preto fosforyltransferázy.

Vývoj kináz

Podľa Manninga asi 2% všetkých génov v eukaryotickom genóme kódujú kinázy. Asi 518 kináz dokáže fosforylovať 30% všetkých proteínov v bunke. [1] Bude tiež súčet všetkých kináz v bunke Kinom zavolal (na základe -omik). Klasifikácia založená na podobnosti sekvencií kinázových domén, známych biologických funkciách, ukazuje 10 skupín, 143 rodín a 212 podrodín v kinómoch ľudí, múch, červov a kvasiniek.

Funkcie kináz

Fosforylácia proteínov je veľmi dôležitým posttranslačným kontrolným mechanizmom v bunkovej signálnej transdukcii. Patrí sem napríklad regulácia aktivity enzýmov alebo transkripčných faktorov. Fosforylácia môže aktivovať/inhibovať cieľový proteín alebo určiť jeho subcelulárnu lokalizáciu prostredníctvom zmien náboja alebo konformácie. Fyziologické účinky týchto fosforylácií proteínov závisia od konkrétneho substrátu kinázy.

Dysfunkcia proteínkinázy je príčinou mnohých chorôb. Proteínkinázy sú preto atraktívnymi molekulárnymi cieľmi pre intervenciu liekov a farmaceutický priemysel ich intenzívne skúma. „Špecifické“ inhibítory proteínkináz sa úspešne používajú pri liečbe rakoviny (pozri napr. Imatinib v liečbe chronickej myeloidnej leukémie).

Regulácia aktivity kinázy

Kvôli ďalekosiahlym účinkom proteínkináz musia byť samotné prísne regulované. Medzi regulačné faktory patria:

  • Kofaktory/sekundárne látky prenášajúce informácie (Ca 2+, IP3, cAMP a ďalšie)
  • Aktivátorové a inhibičné proteíny
  • Pseudo substráty
    • Autoinhibícia (časť peptidového reťazca proteínkinázy funguje ako pseudo-substrát)
    • Väzba ligandu na regulačné podjednotky
  • Fosforylácia v aktívnom mieste
    • iné proteínkinázy (Trans-fosforylácia)
    • seba (Cis-fosforylácia/autofosforylácia)
  • Subcelulárna lokalizácia v bunke

Typy proteínkináz

Väčšina proteínkináz fosforyluje buď aminokyseliny serín/treonín alebo aromatické tyrozíny. Existujú však aj bišpecifické proteínkinázy (EC 2.7.12; napr. MEK alebo MAP2K), ktoré môžu fosforylovať zvyšky serínu/treonínu aj tyrozínu.

Serín/treonín kinázy

Tieto proteínkinázy (EC 2.7.11) fosforylujú hydroxylové skupiny (OH skupiny) aminokyselín serínu a treonínu. Tieto kinázy sú regulované:

  • cAMP alebo cGMP
  • 1,2-diacylglycerín (DAG)
  • Ca 2+ alebo kalmodulín
  • PIP3 a iné fosfolipidové deriváty

Skutočnosť, že serín/treonín kinázy nefosforylujú všetky seríny a treoníny iných proteínov, je určená interakciou s okolitou peptidovou sekvenciou. Tieto sekvencie sú Konsenzuálne sekvencie zavolal. Kvôli nízkej špecifickosti tieto kinázy nefosforylujú jednotlivé proteíny, ale celé rodiny proteínov. Tieto enzýmy sú inhibované skutočnosťou, že sa pseudo-substrát viaže na aktívne miesto napodobňovaním cieľovej sekvencie zodpovedajúcej kinázy, ale nemá serín ani treonín.

Kináza A zo svalovej fosforylázy

Tento enzým (EC 2.7.11.19) je prvou kinázou Ser/Thr, ktorá bola objavená v roku 1956 [2]. Je to kľúčový enzým v metabolizme glykogénu.

Proteínkináza A

Tento enzým má v bunke niekoľko funkcií. Medzi ne patrí regulácia metabolizmu glykogénu, cukru a lipidov. Proteínkináza A (EC 2.7.11.11) pozostáva z dvoch domén. Menší pozostáva z veľkého počtu β-listov, zatiaľ čo veľká podjednotka má veľké množstvo α-helixov. Katalytické centrum leží medzi dvoma podjednotkami. Ak sa ATP viaže na substrát, podjednotky sa krútia proti sebe tak, že γ-fosfátová skupina ATP sa blíži k aminokyseline, ktorá sa má fosforylovať, a môže dôjsť k prenosovej reakcii.

Vy sami ste regulovaní cAMP. Väzbou cAMP na neaktívny tetramér tvorený dvoma regulačnými a dvoma katalytickými podjednotkami (R2C2) sa regulačné podjednotky oddelia od katalytických podjednotiek, čo umožňuje fosforyláciu ďalších proteínov. Proteínkináza A je zase regulovaná fosforyláciou.

Navyše aktiváciou fosfodiesterázy sa dostupné množstvo cAMP zníži jeho premenou na AMP. Výsledkom je, že proteínkináza A spôsobuje svoju vlastnú inhibíciu, čo znamená, že kinázu nemožno „trvale aktivovať“.

Proteínkináza B

V anglicky hovorenej literatúre sa často označuje ako konať kináza je enzým signálnej dráhy PI3K/Akt, ktorý má množstvo účinkov na homeostázu bunky a reguluje prežitie, apoptózu, proliferáciu a metabolizmus. Akt sa vyskytuje v troch úzko súvisiacich izoformách (Akt1, Akt2, Akt3), ktorých sekvencie sú kódované na chromozómoch 14q32, 19q13 a 1q43. Medzi jednotlivými izoformami sa nenašli rozdiely v substrátovej špecifickosti.

Aktivácia prebieha v niekoľkých krokoch. Najskôr sa fosfatidylinozitol-3-kinázy (PI3K) získajú na membránu aktivovanými receptorovými tyrozínkinázami a tak sa aktivujú. Aktivovaný PI3K katalyzuje fosforyláciu fosfatidylinozitolu na fosfatidylinozitol-3-fosfát alebo fosfatidylinozitol-4-fosfátu na fosfatidylinozitol-3,4-bisfosfát a fosfatidylinozitol-4,5-bisfosfátu na fosfatidylinozitol-3,4,5-trisfosfát. Výsledné substráty teraz tiež prijímajú proteíny Pleckstrinova homológia(PH) domény na membránu. Takto ukotvený Akt môže byť teraz aktivovaný ďalšou signálnou molekulou, ktorá má PH domény a ktorá fosforyluje PDK1 (kináza 1 závislá od fosfoinozitidu).

Ako už bolo spomenuté vyššie, proteínkináza B reguluje okrem iného prežitie, proliferáciu a cyklus smrti postihnutej bunky. Jedným príkladom je zvýšený výskyt glukózového receptora Glut4 s prichádzajúcim inzulínovým signálom. Prepis tohto nosiča je spustený kaskádovitým spôsobom a jeho začlenenie je spôsobené transportom vezikúl a zúžením. Aktivitu enzýmu možno regulovať pomocou Nádorový supresorový proteín PTEN, ktorý je zodpovedný za defosforyláciu napríklad fosfatidylinozitol-3,4,5-trisfosfátu na fosfatidylinozitol-4,5-bisfosfát (alebo iné 3'-fosforylované fosfoinozitidy). To robí substrát proteínkinázy nevhodným, pretože už nie je schopný dokovať na doménu PH.

Funkčné a regulačné mechanizmy sú rozmanité a dodnes sa podrobne skúmajú, pretože sa predpokladá, že mutácia v určitých oblastiach signálnej dráhy (napr. PTEN) je základom pre vznik nádorov.

Proteínkináza C

Termín proteínkináza C (EC 2.7.11.13) sa vzťahuje na rodinu proteínov s 12 členmi u cicavcov, Ca2 +, diacylglycerol a fosfolipid. B. potrebujú fosfatidylcholín na aktiváciu. Vo väčšine prípadov, keď sa hovorí o týchto enzýmoch, myslí sa tým proteínkináza Ca.

Proteínkinázy sú vysoko konzervované proteíny, ktoré pozostávajú z N-koncovej regulačnej domény a C-koncovej katalytickej domény. Pokiaľ nie je enzým aktivovaný promótorom nádoru, ako je tetradekanoylforbol-acetát (TPA) alebo jedným z vyššie spomenutých kofaktorov, je neaktívny. Všeobecná lineárna štruktúra:

N - pseudo-substrát - väzba TPA/DAG - väzba Ca 2+ - väzba ATP - väzba substrátu - C

Počas aktivácie sa proteínkináza C presúva na bunkovú membránu pomocou receptorov pre aktivovanú proteínkinázu C (proteíny RACK). Po aktivácii tieto kinázy zostávajú aktívne po dlhú dobu, aj keď koncentrácia Ca2 + opäť poklesla. Toto sa pripisuje pôsobeniu diacylglycerolu, ktorý je tvorený z fosfatidylinozitolu fosfolipázou. To je aktivované rovnakými signálmi ako samotná proteínkináza.

Cieľová sekvencia proteínkinázy C je podobná ako sekvencia proteínkinázy A v tom, že obsahuje veľa základných aminokyselinových zvyškov v blízkosti fosforylovaných zvyškov Ser/Thr. Substráty proteínkinázy C sú proteíny MARCKS, MAP kinázy, inhibítor transkripčného faktora IκB, receptor vitamínu D3, kináza Raf, kalpain a receptor EGF.

Tyrozínkinázy

Medzi tyrozínkinázy (EC 2.7.10) patria takzvané receptorové tyrozínkinázy (RTK) a tyrozínkinázy bez receptorovej funkcie. Asi 50 rôznych RTK je zoskupených do 18 receptorových rodín. [3] Podľa ligandov sú tieto RTK zoskupené do nasledujúcich skupín:

  • EGF
  • PDGF
  • inzulín
  • VEGF
  • FGF
  • Ephrin
  • Axl/Ufo
  • Angiopoetíny
  • a ďalšie.