stringtranslate.com

Нерецепторная тирозинкиназа

Нерецепторная тирозинкиназа ( nRTK ) — это цитозольный фермент , который отвечает за катализ переноса фосфатной группы от донора нуклеозидтрифосфата , такого как АТФ , к остаткам тирозина в белках . Нерецепторные тирозинкиназы — это подгруппа семейства белковых тирозинкиназ , ферментов, которые могут переносить фосфатную группу от АТФ к остатку тирозина белка (фосфорилирование). Эти ферменты регулируют многие клеточные функции, включая или выключая другие ферменты в клетке.

В отличие от рецепторных тирозинкиназ (РТК), второй подгруппы тирозинкиназ, нерецепторные тирозинкиназы являются цитозольными ферментами. В клетках человека было идентифицировано тридцать две нерецепторные тирозинкиназы ( EC 2.7.10.2). Нерецепторные тирозинкиназы регулируют рост клеток, пролиферацию, дифференциацию, адгезию, миграцию и апоптоз , и они являются важнейшими компонентами в регуляции иммунной системы .

Функция

Основная функция nRTKs заключается в их участии в передаче сигнала в активированных T- и B-клетках в иммунной системе. [1] Передача сигнала многими рецепторами зависит от nRTKs, включая рецепторы T-клеток ( TCR ), рецепторы B-клеток ( BCR ), рецепторы IL-2 ( IL-2R ), рецепторы Ig, рецепторы эритропоэтина ( EpoR ) и пролактина . Рецепторы CD4 и CD8 на T-лимфоцитах требуют для своей сигнализации члена семейства Src Lck . Когда антиген связывается с рецептором T-клеток, Lck становится аутофосфорилированным и фосфорилирует дзета-цепь рецептора T-клеток , впоследствии другой nRTK, Zap70 , связывается с этим рецептором T-клеток и затем участвует в нисходящих сигнальных событиях, которые опосредуют транскрипционную активацию генов цитокинов . Другой член семейства Src Lyn участвует в передаче сигнала, опосредованной рецептором B-клеток. Lyn активируется стимуляцией рецептора В-клеток, что приводит к рекрутированию и фосфорилированию связанной с Zap70 nRTK, Syk . Другая nRTK, Btk , также участвует в передаче сигналов, опосредованных рецептором В-клеток. Мутации в гене Btk ответственны за Х-сцепленную агаммаглобулинемию [ 2] [3] — заболевание, характеризующееся отсутствием зрелых В-клеток.

Структура

В отличие от рецепторных тирозинкиназ, nRTK не имеют рецептороподобных особенностей, таких как внеклеточный лиганд- связывающий домен и трансмембранная область. Большинство nRTK локализованы в цитоплазме, [4], но некоторые nRTK закреплены на клеточной мембране посредством аминоконцевой модификации. Эти ферменты обычно имеют модульную конструкцию, и отдельные домены соединены вместе гибкими линкерными последовательностями. Одним из важных доменов nRTK является каталитический домен тирозинкиназы, длина которого составляет около 275 остатков. Структуру каталитического домена можно разделить на малую и большую доли, где АТФ связывается с малой долей, а белковый субстрат связывается с большой долей. После связывания АТФ и субстрата с nRTK катализ переноса фосфата происходит в щели между этими двумя долями. Было обнаружено, что nRTK имеют некоторую предпочтительность последовательности вокруг целевого Tyr. Например, предпочтительная последовательность Src — Glu–Glu/Asp–Ile–Tyr–Gly/Glu–Glu–Phe, а предпочтительная последовательность Abl — Ile/Val–Tyr–Gly–Val–Leu/Val. [5] Различные предпочтительные последовательности вокруг Tyr в Src и Abl предполагают, что эти два типа nRTK фосфорилируют разные мишени. Нерецепторные тирозинкиназы содержат не только домен тирозинкиназы, nRTK также обладают доменами, которые опосредуют белок-белковые, белок-липидные и белок- ДНК взаимодействия. Одним из доменов белок-белкового взаимодействия в nRTK являются домены гомологии Src 2 ( SH2 ) и 3 ( SH3 ). [6] Более длинный домен SH2 (~100 остатков) связывает остатки фосфотирозина (P-Tyr) специфичным для последовательности образом. P-Tyr взаимодействует с доменом SH в глубокой щели, которая не может связывать нефосфорилированный Tyr. Домен SH3 меньше (~60 остатков) и связывает пролин-содержащие последовательности, способные образовывать полипролиновую спираль типа II . Некоторые nRTK без доменов SH2 и SH3 обладают некоторыми подсемейно-специфическими доменами, используемыми для белок-белковых взаимодействий. Например, специфические домены, которые направляют ферменты на цитоплазматическую часть цитокиновых рецепторов ( семейство Jak ) или два домена: домен связывания интегрина и домен связывания фокальной адгезии (семейство Fak). nRTK Abl обладает доменами SH2 и SH3, но также обладает другими доменами для взаимодействий: домен связывания F-актина и домен связывания ДНК, содержащий сигнал ядерной локализации и обнаруженный как в ядре, так и в цитоплазме. В дополнение к доменам SH2 и SH3, подсемейство Btk/Tec nRTKs обладает еще одним модульным доменом, доменом плекстриновой гомологии (PH) . Эти домены PH связываются с фосфатидилинозитоломлипиды, которые были фосфорилированы в определенных положениях на головной группе. Эти ферменты могут связываться с активированными сигнальными комплексами на мембране через взаимодействия домена PH с фосфорилированными фосфатидилинозитоловыми липидами. [7]

Регулирование

Наиболее распространенной темой в регуляции nRTK и RTK является фосфорилирование тирозина. За немногими исключениями фосфорилирование тирозинов в петле активации nRTK приводит к увеличению ферментативной активности. Фосфорилирование петли активации происходит посредством транс-автофосфорилирования или фосфорилирования различными nRTK. Можно отрицательно регулировать активность киназы путем фосфорилирования тирозинов вне петли активации. Протеиновые тирозиновые фосфатазы (PTP) восстанавливают nRTK до их базального состояния активности. В некоторых случаях PTP положительно регулируют активность nRTK. [8]

Src и Abl

Тирозинкиназы семейства Src содержат одну и ту же типичную структуру: миристоилированный конец, область положительно заряженных остатков, короткую область с низкой гомологией последовательностей, домены SH3 и SH2, домен тирозинкиназы и короткий карбоксиконцевой хвост. Существует два важных регуляторных сайта фосфорилирования тирозина. Подавить активность киназы можно путем фосфорилирования Tyr-527 в карбоксиконцевом хвосте Src с помощью nRTK Csk . [9] Эксперимент с v-Src, онкогенным вариантом Src, подтвердил важность этого сайта фосфорилирования. Этот онкогенный v-Src является продуктом вируса саркомы Рауса , и в результате усечения карбоксиконцевого участка v-Src лишен отрицательного регуляторного сайта Tyr-527, что приводит к постоянной активности этого фермента, что, в свою очередь, вызывает неконтролируемый рост инфицированных клеток. [10] Более того, замена этого тирозина на фенилаланин в c-Src приводит к активации. [11] Вторым регуляторным сайтом фосфорилирования в Src является Tyr-416. Это сайт автофосфорилирования в петле активации. Было обнаружено, что фосфорилирование Tyr-416 и Tyr-416 может подавлять трансформирующую способность активирующей мутации Tyr-527→Phe мутацией Tyr-416→Phe, что приводит к максимальной стимуляции активности киназы. [11]

Оба домена SH2 и SH3 важны для негативной регуляции активности Src. [12] Мутации в доменах SH2 и SH3, которые нарушают связывание фосфотирозина, приводят к активации киназной активности. Хотя nRTK Abl содержит домены SH3, SH2 и киназы в том же линейном порядке, что и в Src, регуляция Abl отличается. У Abl отсутствует сайт негативного регуляторного фосфорилирования, который присутствует в карбоксильном конце Src, поэтому карбоксильный конец Abl не играет функциональной роли в контроле киназной активности. В отличие от Src, мутации в домене SH2 Abl, которые отменяют связывание фосфотирозина, не активируют Abl in vivo. [13] Для подавления киназной активности Abl важен домен SH3; мутации в домене SH3 приводят к активации Abl и клеточной трансформации. [14]

ZAP70/Syk и JAK

Активность киназы Syk регулируется доменами SH2. Считается, что связывание двух доменов SH2 с последовательностями тирозин-фосфорилированного ITAM (мотив активации иммунорецептора на основе тирозина) в дзета-цепи рецептора Т-клеток снимает ингибиторное ограничение домена киназы, что приводит к стимуляции каталитической активности. [15] Активность киназы Zap70 может быть увеличена путем фосфорилирования Tyr-493 в петле активации членом семейства Src Lck. Наоборот, фосфорилирование Tyr-492 ингибирует активность киназы Zap70; мутация Tyr-492 на фенилаланин приводит к гиперактивности Zap70. [16]

Члены семейства Jak обладают полностью функциональным доменом тирозинкиназы и дополнительно доменом псевдокиназы, в котором замена нескольких ключевых каталитических остатков приводит к инактивации активности киназы. [17] Этот домен псевдокиназы ферментативно нефункционален, но, возможно, он играет роль в регуляции активности Jak. Эксперименты с мутантом члена семейства Jak Tyk2 , в котором удален домен псевдокиназы, показали, что у этого мутантного фермента отсутствует каталитическая активность in vitro и он не способен к интерферон-опосредованной передаче сигнала. [18] Напротив, другой мутант семейства Jak Jak2 , также лишенный домена псевдокиназы, был способен опосредовать сигнализацию гормона роста. Роль домена псевдокиназы в регуляции Jak до сих пор полностью не изучена. В петле активации есть два участка фосфорилирования тирозина. Известно, что аутофосфорилирование первого из этих тирозинов важно для стимуляции активности тирозинкиназы и биологической функции [19] , но роль второго тирозина не ясна.

JAK также регулируются белками SOCS (супрессорами цитокиновой сигнализации). Эти белки содержат псевдосубстратную последовательность, которая, как считается, мешает связыванию субстрата Jak и переносу фосфорила. [20] В дополнение к псевдосубстратной последовательности белки SOCS обладают доменом SH2, который связывается с фосфотирозином в петле активации Jak, [21] что может способствовать взаимодействию между псевдосубстратной последовательностью и доменом киназы. Связывание домена SH2 с петлей активации также может напрямую блокировать доступ субстрата или изменять конформацию петли активации для подавления каталитической активности.

Ингибиторы

Мутация в гене нерецепторной тирозинкиназы может привести к аберрантной активности этого фермента. Эта патологически повышенная активность nRTK может быть ответственна за рост и прогрессирование раковых клеток, индукцию лекарственной устойчивости, образование метастазов и неоваскуляризацию опухоли . Ингибирование nRTK может помочь в лечении этих опухолей. Некоторые из ингибиторов nRTK уже испытаны в качестве противораковых средств. Эта целевая терапия блокирует внутриклеточные процессы, вовлеченные в опухолевую трансформацию клеток и/или поддержание злокачественного фенотипа опухолевых клеток. Обычно для целенаправленной блокады RTK используются моноклональные антитела , которые блокируют внеклеточный домен рецептора и предотвращают связывание лиганда. Однако для специфической блокады nRTK используются низкомолекулярные вещества, называемые ингибиторами тирозинкиназы (TKI), которые блокируют каскад трансдукции либо на внутрицитоплазматическом уровне, либо напрямую блокируют nRTK.

Примеры

Примеры нерецепторных тирозинкиназ включают:

Ссылки

  1. ^ Weiss A, Littman DR (январь 1994). «Передача сигнала рецепторами антигенов лимфоцитов». Cell . 76 (2): 263–74. doi :10.1016/0092-8674(94)90334-4. PMID  8293463. S2CID  13225245.
  2. ^ Вихинен М., Ветри Д., Маньяр Х.С., Охс Х.Д., Чжу К., Вореховский И., Вебстер А.Д., Нотаранжело Л.Д., Нильссон Л., Совадски Дж.М. (декабрь 1994 г.). «Структурная основа Х-хромосомной агаммаглобулинемии: тирозинкиназная болезнь». Учеб. Натл. акад. наук. США . 91 (26): 12803–7. Бибкод : 1994PNAS...9112803V. дои : 10.1073/pnas.91.26.12803 . ПМК 45528 . ПМИД  7809124. 
  3. ^ Tsukada S, Saffran DC, Rawlings DJ, Parolini O, Allen RC, Klisak I, Sparkes RS, Kubagawa H, Mohandas T, Quan S (январь 1993 г.). «Недостаточная экспрессия цитоплазматической тирозинкиназы В-клеток при агаммаглобулинемии, сцепленной с Х-хромосомой человека». Cell . 72 (2): 279–90. doi :10.1016/0092-8674(93)90667-F. PMID  8425221. S2CID  32339052.
  4. ^ Neet K, Hunter T (февраль 1996). "Семейства протеинтирозинкиназ позвоночных без рецепторов". Genes Cells . 1 (2): 147–69. doi :10.1046/j.1365-2443.1996.d01-234.x. PMID  9140060. S2CID  38301879.
  5. ^ Songyang Z, Carraway KL, Eck MJ, Harrison SC, Feldman RA, Mohammadi M, Schlessinger J, Hubbard SR, Smith DP, Eng C (февраль 1995). "Каталитическая специфичность протеинтирозинкиназ имеет решающее значение для селективной сигнализации". Nature . 373 (6514): 536–9. Bibcode :1995Natur.373..536S. doi :10.1038/373536a0. PMID  7845468. S2CID  1105841.
  6. ^ Куриян Дж., Коуберн Д. (1997). «Модульные домены распознавания пептидов в эукариотической сигнализации». Annu Rev Biophys Biomol Struct . 26 : 259–88. doi : 10.1146/annurev.biophys.26.1.259. PMID  9241420.
  7. ^ Исакофф С.Дж., Кардозо Т., Андреев Дж., Ли З., Фергюсон К.М., Абагян Р., Леммон М.А., Аронхейм А., Скольник Э.Ю. (сентябрь 1998 г.). «Идентификация и анализ мишеней фосфатидилинозитол-3-киназы, содержащих домен PH, с использованием нового анализа in vivo на дрожжах». ЭМБО Дж . 17 (18): 5374–87. дои : 10.1093/emboj/17.18.5374. ПМК 1170863 . ПМИД  9736615. 
  8. ^ Tonks NK, Neel BG (ноябрь 1996 г.). «От формы к функции: сигнализация протеинтирозинфосфатазами». Cell . 87 (3): 365–8. doi : 10.1016/S0092-8674(00)81357-4 . PMID  8898190. S2CID  5591073.
  9. ^ Nada S, Okada M, MacAuley A, Cooper JA, Nakagawa H (май 1991). «Клонирование комплементарной ДНК для протеинтирозинкиназы, которая специфически фосфорилирует негативный регуляторный сайт p60c-src». Nature . 351 (6321): 69–72. Bibcode :1991Natur.351...69N. doi :10.1038/351069a0. PMID  1709258. S2CID  4363527.
  10. ^ Cooper JA, Gould KL, Cartwright CA, Hunter T (март 1986). "Tyr527 фосфорилируется в pp60c-src: последствия для регуляции". Science . 231 (4744): 1431–4. Bibcode :1986Sci...231.1431C. doi :10.1126/science.2420005. PMID  2420005.
  11. ^ ab Kmiecik TE, Shalloway D (апрель 1987 г.). «Активация и подавление трансформирующей способности pp60c-src путем мутации его первичных участков фосфорилирования тирозина». Cell . 49 (1): 65–73. doi :10.1016/0092-8674(87)90756-2. PMID  3103925. S2CID  35630246.
  12. ^ Erpel T, Superti-Furga G, Courtneidge SA (март 1995). «Мутационный анализ домена Src SH3: одни и те же остатки поверхности связывания лиганда важны для внутри- и межмолекулярных взаимодействий». EMBO J . 14 (5): 963–75. doi :10.1002/j.1460-2075.1995.tb07077.x. PMC 398168 . PMID  7534229. 
  13. ^ Mayer BJ, Baltimore D (май 1994). «Мутагенный анализ ролей доменов SH2 и SH3 в регуляции тирозинкиназы Abl». Mol. Cell. Biol . 14 (5): 2883–94. doi :10.1128/mcb.14.5.2883. PMC 358656. PMID  8164650 . 
  14. ^ Van Etten RA, Debnath J, Zhou H, Casasnovas JM (май 1995 г.). «Введение точечной мутации потери функции из области SH3 гена sem-5 Caenorhabditis elegans активирует трансформирующую способность c-abl in vivo и отменяет связывание лигандов, богатых пролином, in vitro». Онкоген . 10 (10): 1977–88. PMID  7539119.
  15. ^ Shiue L, Zoller MJ, Brugge JS (май 1995). "Syk активируется пептидами, содержащими фосфотирозин, представляющими собой мотивы активации на основе тирозина высокоаффинного рецептора для IgE". J. Biol. Chem . 270 (18): 10498–502. doi : 10.1074/jbc.270.18.10498 . PMID  7537732.
  16. ^ Kong G, Dalton M, Bubeck Wardenburg J, Straus D, Kurosaki T, Chan AC (сентябрь 1996 г.). «Отдельные сайты фосфорилирования тирозина в ZAP-70 опосредуют активацию и негативную регуляцию функции рецептора антигена». Mol . Cell. Biol . 16 (9): 5026–35. doi :10.1128/MCB.16.9.5026. PMC 231504. PMID  8756661. 
  17. ^ Wilks AF, Harpur AG, Kurban RR, Ralph SJ, Zürcher G, Ziemiecki A (апрель 1991 г.). «Две новые протеин-тирозиновые киназы, каждая со вторым каталитическим доменом, связанным с фосфотрансферазой, определяют новый класс протеинкиназ». Mol. Cell. Biol . 11 (4): 2057–65. doi :10.1128/MCB.11.4.2057. PMC 359893. PMID  1848670 . 
  18. ^ Velazquez L, Mogensen KE, Barbieri G, Fellous M, Uzé G, Pellegrini S (февраль 1995 г.). «Отдельные домены протеинтирозинкиназы tyk2, необходимые для связывания интерферона-альфа/бета и для передачи сигнала». J. Biol. Chem . 270 (7): 3327–34. doi : 10.1074/jbc.270.7.3327 . PMID  7531704.
  19. ^ Feng J, Witthuhn BA, Matsuda T, Kohlhuber F, Kerr IM, Ihle JN (май 1997). «Активация каталитической активности Jak2 требует фосфорилирования Y1007 в петле активации киназы». Mol. Cell. Biol . 17 (5): 2497–501. doi :10.1128/mcb.17.5.2497. PMC 232098 . PMID  9111318. 
  20. ^ Starr R, Novak U, Willson TA, Inglese M, Murphy V, Alexander WS, Metcalf D, Nicola NA, Hilton DJ, Ernst M (август 1997 г.). «Различные роли альфа-цепи рецептора ингибирующего фактора лейкемии и gp130 в передаче сигнала, специфичного для типа клеток». J. Biol. Chem . 272 ​​(32): 19982–6. doi : 10.1074/jbc.272.32.19982 . PMID  9242667.
  21. ^ Sasaki A, Yasukawa H, Suzuki A, Kamizono S, Syoda T, Kinjyo I, Sasaki M, Johnston JA, Yoshimura A (июнь 1999 г.). «Индуцируемый цитокинами белок SH2-3 (CIS3/SOCS3) ингибирует тирозинкиназу Януса, связываясь через N-концевой киназный ингибирующий регион, а также домен SH2». Genes Cells . 4 (6): 339–51. doi : 10.1046/j.1365-2443.1999.00263.x . PMID  10421843. S2CID  24871585.