Rho-ассоциированная протеинкиназа

Rho-ассоциированная протеинкиназа ( ROCK ) — это киназа, принадлежащая к семейству серин-треонин-специфических протеинкиназ AGC (PKA/PKG/PKC) . Она участвует в основном в регуляции формы и движения клеток, воздействуя на цитоскелет .

ROCK ( ROCK1 и ROCK2 ) встречаются у млекопитающих (человек, крыса, мышь, корова), данио-рерио, Xenopus , беспозвоночных ( C. elegans , комар, Drosophila ) и курица. Человеческий ROCK1 имеет молекулярную массу 158  кДа и является основным нисходящим эффектором малой ГТФазы RhoA . ROCK млекопитающих состоит из домена киназы, области спиральной спирали и домена гомологии Плекстрина (PH), который снижает активность киназы ROCK с помощью аутоингибиторной внутримолекулярной складки, если RhoA-GTP отсутствует. ^{[1] [2]}

Крысиные ROCK были обнаружены как первые эффекторы Rho, и они вызывают образование стрессовых волокон и фокальных спаек путем фосфорилирования MLC (легкая цепь миозина). ^[3] Благодаря этому фосфорилированию , связывание актина с миозином II и, таким образом, сократимость увеличиваются. Были идентифицированы две мышиные изоформы ROCK ROCK1 и ROCK2. ROCK1 в основном экспрессируется в легких , печени , селезенке , почках и яичках . Однако ROCK2 в основном распределяется в мозге и сердце . ^{[1] [2] [4]}

Протеинкиназа C и Rho-ассоциированная протеинкиназа участвуют в регуляции потребления ионов кальция; эти ионы кальция, в свою очередь, стимулируют киназу легкой цепи миозина, вызывая сокращение. ^[5] Rho-ассоциированная протеинкиназа — это сериновые или треониновые киназы, которые определяют чувствительность к кальцию в гладкомышечных клетках.

Функция

Роль и регулирование ROCK

ROCK играет роль в широком спектре различных клеточных явлений, поскольку ROCK является нисходящим эффекторным белком малой ГТФазы Rho , которая является одним из основных регуляторов цитоскелета .

1. ROCK является ключевым регулятором организации актина и, следовательно, регулятором миграции клеток следующим образом:

Различные субстраты могут фосфорилироваться ROCK, включая LIM -киназу , легкую цепь миозина (MLC) и фосфатазу MLC . Эти субстраты, будучи фосфорилированными, регулируют организацию и сократимость актиновых филаментов следующим образом: ^[2]

• Количество актиновых филаментов

ROCK ингибирует деполимеризацию актиновых филаментов косвенно: ROCK фосфорилирует и активирует LIM-киназу , которая в свою очередь фосфорилирует ADF/кофилин , тем самым инактивируя ее активность по деполимеризации актина. Это приводит к стабилизации актиновых филаментов и увеличению их количества. Таким образом, со временем мономеры актина, необходимые для продолжения полимеризации актина для миграции, становятся ограниченными. Увеличение стабильных актиновых филаментов и потеря мономеров актина способствуют снижению миграции клеток. ^{[2] [6]}

• Клеточная сократимость

ROCK также регулирует миграцию клеток, способствуя сокращению клеток и, таким образом, контактам клеток с субстратом. ROCK увеличивает активность моторного белка миозина II двумя различными механизмами:

• Во-первых, фосфорилирование легкой цепи миозина ( MLC ) увеличивает активность АТФазы миозина II . Таким образом, несколько связанных и активных миозинов, которые асинхронно активны на нескольких актиновых нитях, перемещают актиновые нити друг против друга, что приводит к общему укорочению актиновых волокон.
• Во-вторых, ROCK инактивирует фосфатазу MLC , что приводит к повышению уровня фосфорилированного MLC.

Таким образом, в обоих случаях активация ROCK посредством Rho вызывает образование актиновых стрессовых волокон , пучков актиновых нитей противоположной полярности, содержащих миозин II, тропомиозин, кальдесмон и MLC-киназу, и, следовательно, фокальных контактов, которые представляют собой незрелые точки адгезии на основе интегрина с внеклеточным субстратом. ^{[2] [7]}

2. Другие функции и цели

• RhoA-GTP стимулирует активность фосфолипидной фосфатазы PTEN ( гомолог фосфатазы и тензина), белка-супрессора опухолей человека . Эта стимуляция, по-видимому, зависит от ROCK. ^{[8] [9]} Таким образом, PTEN важен для предотвращения неконтролируемого деления клеток, как это происходит в раковых клетках.
• ROCK играет важную роль в контроле клеточного цикла, по-видимому, он ингибирует преждевременное разделение двух центриолей в G1 и, как предполагается, требуется для сокращения борозды деления, что необходимо для завершения цитокинеза . ^{[2] [10] [11] [12] [13] [14]}
• ROCK также, по-видимому, противодействуют сигнальному пути инсулина , что приводит к уменьшению размера клеток и влияет на судьбу клеток. ^[2]
• ROCKS играют роль в мембранном блеббинге , морфологическом изменении, наблюдаемом в клетках, приверженных апоптозу . Проапоптотическая протеаза, каспаза 3, активирует активность киназы ROCK, расщепляя С-концевой домен PH. В результате аутоингибиторная внутримолекулярная складка ROCK отменяется. ROCK также регулирует фосфорилирование MLC и сократимость актомиозина, которые регулируют мембранный блеббинг. ^[2]
• ROCK способствуют ретракции нейритов , вызывая коллапс конуса роста путем активации сократимости актомиозина. Также возможно, что фосфорилирование белка-медиатора реакции коллапсина-2 (CRMP2) ROCK ингибирует функцию CRPM2 по содействию росту аксонов, что приводит к коллапсу конуса роста. ^[2]
• ROCK регулируют межклеточную адгезию: потеря активности ROCK, по-видимому, приводит к потере целостности плотных контактов в эндотелиальных клетках. В эпителиальных клетках ингибирование ROCK, по-видимому, снижает целостность плотных контактов. Активный ROCK в этих клетках, по-видимому, стимулирует нарушение межклеточных контактов, опосредованных E-кадгерином, активируя сократимость актомиозина. ^[2]

3. Другие цели ROCK

• NHE1 (обменник водорода и натрия, участвующий в фокальных адгезиях и организации актина)
• Промежуточные филаментные белки: Виментин, GFAP (глиальный фибриллярный кислый белок), NF-L (белок нейрофиламента L)
• Белки, связывающие F-актин: аддуцин, EF-1&alpha (фактор удлинения, кофактор трансляции), MARCKS (миристилированный субстрат аланин-богатой С-киназы), капонин (неизвестная функция) и ERM (участвует в связывании актинового цитоскелета с плазматической мембраной).

Гомологи

Две мышиные изоформы ROCK, ROCK1 и ROCK2, имеют высокую гомологию . Они имеют 65% общих аминокислотных последовательностей и 92% гомологии в пределах их доменов киназы. ^{[1] [4]}

ROCK гомологичны другим метазойным киназам, таким как миотоническая дистрофия киназа ( DMPK ), DMPK-родственные киназы контроля деления клеток 42 ( Cdc42 )-связывающие киназы (MRCK) и цитронкиназа. Все эти киназы состоят из N-концевого киназного домена, спирально-спиральной структуры и других функциональных мотивов на C-конце ^[2]

Регулирование

ROCK — это эффекторная молекула Rho-GTPase Rho, которая при связывании с ней увеличивает активность киназы ROCK.

Аутоторможение

Активность ROCK регулируется нарушением внутримолекулярного аутоингибирования. В целом структура белков ROCK состоит из N-концевого киназного домена, спирально-спиральной области и домена PH, содержащего богатый цистеином домен (CRD) на C-конце. Домен связывания Rho (RBD) расположен в непосредственной близости прямо перед доменом PH.

Активность киназы ингибируется внутримолекулярным связыванием между C-концевым кластером домена RBD и доменом PH с N-концевым киназным доменом ROCK. Таким образом, активность киназы выключена, когда ROCK сворачивается внутримолекулярно. Активность киназы включается, когда Rho-GTP связывается с доменом связывания Rho ROCK, нарушая аутоингибиторное взаимодействие внутри ROCK, что освобождает домен киназы, поскольку ROCK больше не сворачивается внутримолекулярно. ^[2]

Другие регуляторы

Также было показано, что Rho не является единственным активатором ROCK. ROCK также может регулироваться липидами, в частности арахидоновой кислотой , и олигомеризацией белков , которая вызывает N-концевое трансфосфорилирование. ^[2]

Ингибиторы

Болезнь

Исследования последних двух десятилетий показали, что сигнализация ROCK играет важную роль во многих заболеваниях, включая сердечно-сосудистые заболевания , ^{[15] [16]} нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера , болезнь Паркинсона и боковой амиотрофический склероз , ^[17] и рак . ^[18] Например, была выдвинута гипотеза, что ROCK играет важную роль в плейотропных эффектах статинов . ROCK1/2 вместе с MRCKα/β киназами были вовлечены в пластичность миграции раковых клеток, явление, которое дает раковым клеткам преимущество в выживании во время лечения лекарственными средствами ( резистентность к лекарственным средствам ). ^[19]

Исследователи разрабатывают ингибиторы ROCK , такие как RKI-1447, для лечения различных заболеваний, включая рак. ^{[20] [21]} Например, такие препараты обладают потенциалом для предотвращения распространения рака путем блокирования миграции клеток, останавливая распространение раковых клеток в соседние ткани. ^[1]

Смотрите также

• РОК1

Ссылки

1. Hahmann C, Schroeter T (январь 2010 г.). «Ингибиторы Rho-киназы как терапевтические средства: от пан-ингибирования до изоформной селективности». Cellular and Molecular Life Sciences . 67 (2): 171–7. doi :10.1007/s00018-009-0189-x. PMC  11115778 . PMID  19907920. S2CID  6445354.
2. Riento K, Ridley AJ (июнь 2003 г.). «Породы: многофункциональные киназы в поведении клеток». Nature Reviews. Molecular Cell Biology . 4 (6): 446–56. doi :10.1038/nrm1128. PMID  12778124. S2CID  40665081.
3. Leung T, Chen XQ, Manser E, Lim L (октябрь 1996 г.). «Киназа, связывающая p160 RhoA ROK alpha, является членом семейства киназ и участвует в реорганизации цитоскелета». Molecular and Cellular Biology . 16 (10): 5313–27. doi :10.1128/mcb.16.10.5313. PMC 231530 . PMID  8816443. 
4. Nakagawa O, Fujisawa K, Ishizaki T, Saito Y, Nakao K, Narumiya S (август 1996 г.). "ROCK-I и ROCK-II, две изоформы Rho-ассоциированной спирально-спиральной серин/треониновой киназы у мышей". FEBS Letters . 392 (2): 189–93. doi : 10.1016/0014-5793(96)00811-3 . PMID  8772201. S2CID  6684411.
5. Anjum I (июнь 2018 г.). «Механизмы сенсибилизации кальция в гладких мышцах детрузора». Журнал базовой и клинической физиологии и фармакологии . 29 (3): 227–235. doi :10.1515/jbcpp-2017-0071. PMID  29306925. S2CID  20486807.
6. Maekawa M, Ishizaki T, Boku S, Watanabe N, Fujita A, Iwamatsu A, Obinata T, Ohashi K, Mizuno K, Narumiya S (август 1999). «Передача сигналов от Rho к актиновому цитоскелету через протеинкиназы ROCK и LIM-киназу». Science . 285 (5429): 895–8. doi :10.1126/science.285.5429.895. PMID  10436159.
7. Wang Y, Zheng XR, Riddick N, Bryden M, Baur W, Zhang X, Surks HK (февраль 2009 г.). "ROCK-изоформная регуляция миозинфосфатазы и сократимости в сосудистых гладкомышечных клетках". Circulation Research . 104 (4): 531–40. doi :10.1161/CIRCRESAHA.108.188524. PMC 2649695. PMID  19131646 . 
8. Li Z, Dong X, Dong X, Wang Z, Liu W, Deng N, Ding Y, Tang L, Hla T, Zeng R, Li L, Wu D (апрель 2005 г.). «Регулирование PTEN малыми ГТФазами Rho». Nature Cell Biology . 7 (4): 399–404. doi :10.1038/ncb1236. PMID  15793569. S2CID  19316266.
9. «Ген Энтреза: гомолог фосфатазы и тензина PTEN (мутировавший при множественных запущенных формах рака 1)».
10. Gao SY, Li CY, Chen J, Pan L, Saito S, Terashita T, Saito K, Miyawaki K, Shigemoto K, Mominoki K, Matsuda S, Kobayashi N (2004). «Сигнальный путь Rho-ROCK регулирует формирование процесса на основе микротрубочек в культивируемых подоцитах — ингибирование удлинения процесса, стимулируемого ROCK». Nephron Experimental Nephrology . 97 (2): e49–61. doi :10.1159/000078406. PMID  15218323. S2CID  45342422.
11. Drechsel DN, Hyman AA, Hall A, Glotzer M (январь 1997 г.). «Требование Rho и Cdc42 во время цитокинеза у эмбрионов Xenopus». Current Biology . 7 (1): 12–23. doi : 10.1016/S0960-9822(06)00023-6 . PMID  8999996. S2CID  16144917.
12. Kosako H, Yoshida T, Matsumura F, Ishizaki T, Narumiya S, Inagaki M (декабрь 2000 г.). «Rho-киназа/ROCK участвует в цитокинезе посредством фосфорилирования легкой цепи миозина, а не белков эзрина/радиксина/моезина в борозде деления». Oncogene . 19 (52): 6059–64. doi : 10.1038/sj.onc.1203987 . PMID  11146558. S2CID  39115039.
13. Yasui Y, Amano M, Nagata K, Inagaki N, Nakamura H, Saya H, Kaibuchi K, Inagaki M (ноябрь 1998 г.). «Роль Rho-ассоциированной киназы в цитокинезе; мутации в участках фосфорилирования Rho-ассоциированной киназы нарушают цитокинетическую сегрегацию глиальных филаментов». The Journal of Cell Biology . 143 (5): 1249–58. doi :10.1083/jcb.143.5.1249. PMC 2133074 . PMID  9832553. 
14. Piekny AJ, Mains PE (июнь 2002 г.). «Rho-связывающая киназа (LET-502) и миозиновая фосфатаза (MEL-11) регулируют цитокинез у ранних эмбрионов Caenorhabditis elegans». Journal of Cell Science . 115 (Pt 11): 2271–82. doi : 10.1242/jcs.115.11.2271 . PMID  12006612.
15. Sladojevic N, Yu B, Liao JK (декабрь 2017 г.). «ROCK как терапевтическая цель при ишемическом инсульте». Expert Review of Neurotherapeutics . 17 (12): 1167–1177. doi :10.1080/14737175.2017.1395700. PMC 6221831. PMID  29057688 . 
16. Yu B, Sladojevic N, Blair JE, Liao JK (январь 2020 г.). «Нацеливание на Rho-ассоциированную спирально-образующую протеинкиназу (ROCK) при сердечно-сосудистом фиброзе и жесткости». Экспертное мнение о терапевтических мишенях . 24 (1): 47–62. doi : 10.1080/14728222.2020.1712593. ISSN  1744-7631. PMC 7662835. PMID 31906742.  S2CID 210043399  . 
17. Chong CM, Ai N, Lee SM (2017). «ROCK в ЦНС: различные роли изоформ и терапевтическая цель при нейродегенеративных расстройствах». Current Drug Targets . 18 (4): 455–462. doi :10.2174/1389450117666160401123825. ISSN  1873-5592. PMID  27033194.
18. Wei L, Surma M, Shi S, Lambert-Cheatham N, Shi J (август 2016 г.). «Новые идеи о роли Rho-киназы в раке». Archivum Immunologiae et Therapiae Experimentalis . 64 (4): 259–78. doi :10.1007/s00005-015-0382-6. PMC 4930737. PMID  26725045 . 
19. Kale, Vijay Pralhad; Hengst, Jeremy A.; Desai, Dhimant H.; Amin, Shantu G.; Yun, Jong K. (2015-06-01). «Регуляторная роль киназ ROCK и MRCK в пластичности миграции раковых клеток». Cancer Letters . 361 (2): 185–196. doi :10.1016/j.canlet.2015.03.017. ISSN  0304-3835. PMID  25796438.
20. Kale, Vijay Pralhad; Hengst, Jeremy A.; Desai, Dhimant H.; Dick, Taryn E.; Choe, Katherine N.; Colledge, Ashley L.; Takahashi, Yoshinori; Sung, Shen-Shu; Amin, Shantu G.; Yun, Jong K. (2014-11-28). «Новый селективный мультикиназный ингибитор ROCK и MRCK эффективно блокирует миграцию и инвазию раковых клеток». Cancer Letters . 354 (2): 299–310. doi :10.1016/j.canlet.2014.08.032. ISSN  0304-3835. PMC 4182185 . PMID  25172415. 
21. Feng Y, LoGrasso PV, Defert O, Li R (март 2016 г.). «Ингибиторы Rho-киназы (ROCK) и их терапевтический потенциал». Журнал медицинской химии . 59 (6): 2269–2300. doi :10.1021/acs.jmedchem.5b00683. ISSN  1520-4804. PMID  26486225.