stringtranslate.com

Протеинкиназа

Общая схема функционирования киназы

Протеинкиназа — это киназа , которая избирательно модифицирует другие белки путем ковалентного добавления к ним фосфатов ( фосфорилирование ) в отличие от киназ, которые модифицируют липиды, углеводы или другие молекулы. Фосфорилирование обычно приводит к функциональному изменению целевого белка ( субстрата ) путем изменения активности фермента , клеточного расположения или ассоциации с другими белками. Геном человека содержит около 500 генов протеинкиназ, и они составляют около 2% всех генов человека. [1] Существует два основных типа протеинкиназ. Подавляющее большинство из них — сериновые/треониновые киназы , которые фосфорилируют гидроксильные группы серинов и треонинов в своих мишенях. Большинство других — тирозинкиназы , хотя существуют и дополнительные типы. [2] Протеинкиназы также встречаются в бактериях и растениях . До 30% всех белков человека могут быть модифицированы активностью киназы, а киназы, как известно, регулируют большинство клеточных путей, особенно тех, которые участвуют в передаче сигнала .

Химическая активность

Выше представлена ​​шаростержневая модель молекулы неорганического фосфата (HPO 4 2− ). Цветовая кодировка: P (оранжевый); O (красный); H (белый).

Химическая активность протеинкиназы заключается в удалении фосфатной группы из АТФ и ковалентном присоединении ее к одной из трех аминокислот , имеющих свободную гидроксильную группу . Большинство киназ действуют как на серин , так и на треонин , другие действуют на тирозин , а ряд ( киназы двойной специфичности ) действуют на все три. [3] Существуют также протеинкиназы, которые фосфорилируют другие аминокислоты, включая гистидинкиназы, которые фосфорилируют остатки гистидина. [4]

Структура

Эукариотические протеинкиназы — это ферменты, которые принадлежат к очень обширному семейству белков, имеющих общее консервативное каталитическое ядро. [5] [6] [7] [8] Определены структуры более 280 человеческих протеинкиназ. [9]

В каталитическом домене протеинкиназ имеется ряд консервативных участков. В N-концевой части каталитического домена имеется богатый глицином участок остатков вблизи аминокислоты лизина , который, как было показано, участвует в связывании АТФ. В центральной части каталитического домена имеется консервативная аспарагиновая кислота , которая важна для каталитической активности фермента. [10]

Серин/треонин-специфические протеинкиназы

Кальций/кальмодулин-зависимая протеинкиназа II (CaMKII) является примером серин/треонин-специфической протеинкиназы.

Серин/треониновые протеинкиназы ( EC 2.7.11.1) фосфорилируют ОН-группу серина или треонина (которые имеют схожие боковые цепи). Активность этих протеинкиназ может регулироваться специфическими событиями (например, повреждением ДНК), а также многочисленными химическими сигналами, включая цАМФ / цГМФ , диацилглицерол и Ca2 + / кальмодулин . Одной из очень важных групп протеинкиназ являются МАР-киназы (сокращение от: «митоген-активируемые протеинкиназы»). Важными подгруппами являются киназы подсемейства ERK, обычно активируемые митогенными сигналами, и стресс-активируемые протеинкиназы JNK и p38. Хотя МАР-киназы являются специфичными для серина/треонина, они активируются комбинированным фосфорилированием остатков серина/треонина и тирозина. Активность MAP-киназ ограничивается рядом протеинфосфатаз, которые удаляют фосфатные группы, добавленные к определенным остаткам серина или треонина киназы и необходимые для поддержания киназы в активной конформации. [ необходима цитата ]

Тирозин-специфические протеинкиназы

Тирозин -специфические протеинкиназы ( EC 2.7.10.1 и EC 2.7.10.2) фосфорилируют остатки аминокислот тирозина и, подобно серин/треонин-специфическим киназам, используются в передаче сигнала . Они действуют в основном как рецепторы факторов роста и в нисходящей передаче сигналов от факторов роста. [11] Вот некоторые примеры:

Рецепторные тирозинкиназы

Эти киназы состоят из внеклеточных доменов, трансмембранной альфа-спирали и внутриклеточного домена тирозинкиназы, выступающего в цитоплазму . Они играют важную роль в регуляции деления клеток , клеточной дифференциации и морфогенеза . У млекопитающих известно более 50 рецепторных тирозинкиназ. [ необходима цитата ]

Структура

Внеклеточные домены служат в качестве лиганд -связывающей части молекулы, часто побуждая домены образовывать гомо- или гетеродимеры . Трансмембранный элемент представляет собой одиночную α-спираль. Внутриклеточный или цитоплазматический домен протеинкиназы отвечает за (высококонсервативную) активность киназы, а также за несколько регуляторных функций. [ необходима цитата ]

Регулирование

Связывание лиганда вызывает две реакции:

  1. Димеризация двух мономерных рецепторных киназ или стабилизация свободного димера. Многие лиганды рецепторных тирозинкиназ являются многовалентными . Некоторые тирозиновые рецепторные киназы (например, рецептор тромбоцитарного фактора роста ) могут образовывать гетеродимеры с другими похожими, но не идентичными киназами того же подсемейства, что позволяет весьма разнообразно реагировать на внеклеточный сигнал.
  2. Транс- автофосфорилирование (фосфорилирование другой киназой в димере) киназы.

Автофосфорилирование стабилизирует активную конформацию домена киназы. Когда в домене киназы присутствует несколько аминокислот, подходящих для фосфорилирования (например, рецептор инсулиноподобного фактора роста), активность киназы может увеличиваться с числом фосфорилированных аминокислот; в этом случае первое фосфорилирование переключает киназу из состояния «выключено» в состояние «ожидание».

Передача сигнала

Активная тирозинкиназа фосфорилирует специфические целевые белки, которые часто сами являются ферментами. Важной целью является цепь передачи сигнала белка ras . [ необходима цитата ]

Рецептор-ассоциированные тирозинкиназы

Тирозинкиназы, рекрутируемые к рецептору после связывания гормона, являются рецептор-ассоциированными тирозинкиназами и участвуют в ряде сигнальных каскадов, в частности, тех, которые участвуют в передаче сигналов цитокинов (но также и других, включая гормон роста ). Одной из таких рецептор-ассоциированных тирозинкиназ является Янус-киназа (JAK), многие из эффектов которой опосредованы белками STAT . ( См. путь JAK-STAT . )

Протеинкиназы двойной специфичности

Некоторые киназы обладают двойной специфичностью киназной активности. Например, MEK (MAPKK), которая участвует в каскаде MAP-киназ , является как серин/треониновой, так и тирозинкиназой.

Гистидин-специфические протеинкиназы

Гистидинкиназы структурно отличаются от большинства других протеинкиназ и встречаются в основном у прокариот как часть двухкомпонентных механизмов передачи сигнала. Фосфатная группа из АТФ сначала добавляется к остатку гистидина внутри киназы, а затем переносится на остаток аспартата на «домене-приемнике» на другом белке или иногда на самой киназе. Остаток аспартилфосфата затем активен в передаче сигнала.

Гистидинкиназы широко распространены в прокариотах, а также в растениях, грибах и эукариотах. Семейство пируватдегидрогеназных киназ у животных структурно связано с гистидинкиназами, но вместо этого фосфорилирует остатки серина и, вероятно, не использует промежуточный фосфогистидин.

Протеинкиназы, специфичные к аспарагиновой кислоте/глутаминовой кислоте

Ингибиторы

Нерегулируемая активность киназы является частой причиной заболеваний, в частности рака, где киназы регулируют многие аспекты, которые контролируют рост, движение и смерть клеток. Лекарства, которые ингибируют определенные киназы, разрабатываются для лечения нескольких заболеваний, и некоторые из них в настоящее время используются в клинической практике, включая Гливек ( иматиниб ) и Иресса ( гефитиниб ).

Анализы и профилирование киназы

Разработка лекарств для ингибиторов киназы начинается с анализов киназы Архивировано 2014-11-26 в Wayback Machine , лидирующие соединения обычно профилируются для специфичности перед переходом к дальнейшим тестам. Доступно множество услуг по профилированию от анализов на основе флуоресценции до обнаружения на основе радиоизотопов и анализов конкурентного связывания.

Ссылки

  1. ^ Manning G, Whyte DB, Martinez R, Hunter T, Sudarsanam S (2002). «Протеинкиназный комплемент геному человека». Science . 298 (5600): 1912–1934. Bibcode :2002Sci...298.1912M. doi :10.1126/science.1075762. PMID  12471243. S2CID  26554314.
  2. ^ Альбертс, Брюс (18 ноября 2014 г.). Молекулярная биология клетки (шестое изд.). Нью-Йорк. С. 819–820. ISBN 978-0-8153-4432-2. OCLC  887605755.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  3. ^ Dhanasekaran N, Premkumar Reddy E (сентябрь 1998 г.). «Сигнализация киназами двойной специфичности». Oncogene . 17 (11 обзоров): 1447–55. doi :10.1038/sj.onc.1202251. PMID  9779990. S2CID  9299657.
  4. ^ Besant PG, Tan E, Attwood PV (март 2003 г.). «Гистидиновые киназы белков млекопитающих». Int. J. Biochem. Cell Biol. 35 (3): 297–309. doi :10.1016/S1357-2725(02)00257-1. PMID  12531242.
  5. ^ Hanks SK (2003). "Геномный анализ суперсемейства эукариотических протеинкиназ: перспектива". Genome Biol . 4 (5): 111. doi : 10.1186/gb-2003-4-5-111 . PMC 156577. PMID  12734000 . 
  6. ^ Hanks SK, Hunter T (май 1995). «Протеинкиназы 6. Суперсемейство эукариотических протеинкиназ: структура и классификация киназного (каталитического) домена». FASEB J . 9 (8): 576–96. doi : 10.1096/fasebj.9.8.7768349 . PMID  7768349. S2CID  21377422.
  7. ^ Hunter T (1991). "Классификация протеинкиназ". Фосфорилирование белков, часть A: протеинкиназы: анализы, очистка, антитела, функциональный анализ, клонирование и экспрессия . Методы в энзимологии. Т. 200. С. 3–37. doi :10.1016/0076-6879(91)00125-G. ISBN 9780121821012. PMID  1835513.
  8. ^ Hanks SK, Quinn AM (1991). "База данных последовательностей каталитических доменов протеинкиназы: Идентификация консервативных особенностей первичной структуры и классификация членов семейства". Фосфорилирование белков, часть A: Протеинкиназы: анализы, очистка, антитела, функциональный анализ, клонирование и экспрессия . Методы в энзимологии. Т. 200. С. 38–62. doi :10.1016/0076-6879(91)00126-H. ISBN 9780121821012. PMID  1956325.
  9. ^ Моди, В.; Данбрак, Р.Л. (24.12.2019). «Структурно подтвержденное множественное выравнивание последовательностей 497 доменов протеинкиназы человека». Scientific Reports . 9 (1): 19790. Bibcode :2019NatSR...919790M. doi :10.1038/s41598-019-56499-4. PMC 6930252 . PMID  31875044. 
  10. ^ Knighton DR, Zheng JH, Ten Eyck LF, Ashford VA, Xuong NH, Taylor SS, Sowadski JM (июль 1991 г.). «Кристаллическая структура каталитической субъединицы циклической аденозинмонофосфат-зависимой протеинкиназы». Science . 253 (5018): 407–14. Bibcode :1991Sci...253..407K. doi :10.1126/science.1862342. PMID  1862342.
  11. ^ Хигасияма С., Ивабуки Х., Моримото К., Хиеда М., Иноуэ Х., Мацушита Н. Факторы роста, закрепленные на мембране, семейство эпидермальных факторов роста: за пределами лигандов рецепторов. Cancer Sci. 2008 февраль;99(2):214-20. Обзор. PMID: 18271917
  12. ^ Карпентер Г. Рецептор EGF: связующее звено для трафика и сигнализации. Биоэссеи. 2000 авг.;22(8):697-707. Обзор. PMID: 10918300

Внешние ссылки