Протеинкиназа B ( PKB ), также известная как Akt , — это собирательное название набора из трех серин/треонин-специфичных протеинкиназ , которые играют ключевые роли во многих клеточных процессах, таких как метаболизм глюкозы , апоптоз , пролиферация клеток , транскрипция и клеточная активность . миграция .
Существует три разных гена, которые кодируют изоформы протеинкиназы B. Эти три гена называются AKT1 , AKT2 и AKT3 и кодируют протеинкиназы RAC альфа, бета и гамма-серин/треонин соответственно. Термины PKB и Akt могут относиться к продуктам всех трех генов вместе, но иногда используются для обозначения только PKB альфа и Akt1.
Akt1 участвует в путях выживания клеток путем ингибирования процессов апоптоза . Akt1 также способен индуцировать пути синтеза белка и, следовательно, является ключевым сигнальным белком в клеточных путях, которые приводят к гипертрофии скелетных мышц и общему росту тканей. Мышиная модель с полной делецией гена Akt1 демонстрирует задержку роста и усиление спонтанного апоптоза в таких тканях, как семенники и тимус. [3] Поскольку Akt1 может блокировать апоптоз и тем самым способствовать выживанию клеток, он считается основным фактором многих типов рака. Akt1 первоначально был идентифицирован как онкоген трансформирующего ретровируса AKT8. [4]
Akt2 является важной сигнальной молекулой в сигнальном пути инсулина . Он необходим для индукции транспорта глюкозы. У мышей с нулевым уровнем Akt1, но нормальным для Akt2, гомеостаз глюкозы не нарушен, но животные меньше по размеру, что согласуется с ролью Akt1 в росте. Напротив, мыши, у которых нет Akt2, но есть нормальный Akt1, имеют умеренную недостаточность роста и проявляют диабетический фенотип ( резистентность к инсулину ), что снова согласуется с идеей о том, что Akt2 более специфичен для сигнального пути рецептора инсулина . [5]
Роль Akt3 менее ясна, хотя, по-видимому, он преимущественно экспрессируется в мозге. Сообщалось, что у мышей, лишенных Akt3, мозг маленький. [6]
Изоформы Akt сверхэкспрессируются в различных опухолях человека и на геномном уровне амплифицируются при аденокарциномах желудка (Akt1), раке яичников (Akt2), поджелудочной железы (Akt2) и молочной железы (Akt2). [7] [8]
Название Akt не относится к его функции. «Ак» в Akt относится к линии мышей AKR, у которой развиваются спонтанные лимфомы тимуса. «Т» означает « тимома »; буква была добавлена, когда из линии мышей Ak был выделен трансформирующий ретровирус, получивший название «Акт-8». Авторы заявляют: «Мыши линии А k AKR первоначально были инбредированы в лаборатории доктора К. П. Роудса К. Б. Роудсом в Институте Рокфеллера». Когда был обнаружен онкоген, кодируемый этим вирусом, его назвали v-Akt. Таким образом, недавно идентифицированные человеческие аналоги были названы соответствующим образом. [9]
Akt1 участвует в пути PI3K/AKT/mTOR и других сигнальных путях. [10] [ нужна ссылка ]
Белки Akt обладают белковым доменом , известным как домен PH или доменом гомологии плекстрина , названным в честь плекстрина , белка, в котором он был впервые обнаружен. Этот домен связывается с фосфоинозитидами с высоким сродством. В случае домена PH белков Akt он связывает либо PIP 3 ( фосфатидилинозитол (3,4,5)-трифосфат , PtdIns(3,4,5) P 3 ), либо PIP 2 ( фосфатидилинозитол (3,4) -бисфосфат , PtdIns(3,4) P2 ) . [11] Это полезно для контроля клеточной передачи сигналов, поскольку дифосфорилированный фосфоинозитид PIP 2 фосфорилируется только семейством ферментов, PI 3-киназ ( фосфоинозитид 3-киназы или PI3-K), и только при получении химических мессенджеров. которые сообщают клетке, что нужно начать процесс роста. Например, PI 3-киназы могут быть активированы рецептором, связанным с G-белком, или рецепторной тирозинкиназой, такой как рецептор инсулина . После активации PI 3-киназа фосфорилирует PIP 2 с образованием PIP 3 .
После правильного позиционирования на мембране посредством связывания PIP3 Akt может затем фосфорилироваться с помощью его активирующих киназ, фосфоинозитид-зависимой киназы-1 ( PDPK1 по треонину 308 в Akt1 и треонина 309 в Akt2) и мишени рапамицинового комплекса 2 млекопитающих ( mTORC2) . серин 473 (Akt1) и 474 (Akt2)), который обнаруживается на высоких уровнях в состоянии сытости, [12] [13] сначала с помощью mTORC2. Таким образом, mTORC2 функционально действует как долгожданная молекула PDK2, хотя другие молекулы, включая интегрин-связанную киназу (ILK) и митоген-активируемую протеинкиназу-активируемую протеинкиназу-2 ( MAPKAPK2 ), также могут служить PDK2. Фосфорилирование mTORC2 стимулирует последующее фосфорилирование изоформ Akt с помощью PDPK1.
Активированные изоформы Akt могут затем активировать или деактивировать множество своих субстратов (например, mTOR ) посредством своей киназной активности.
Помимо того, что изоформы Akt являются нижестоящими эффекторами PI 3-киназ, они также могут активироваться независимым от PI 3-киназы способом. [14] ACK1 или TNK2 , нерецепторная тирозинкиназа, фосфорилирует Akt по остатку тирозина 176, что приводит к его активации независимым от PI 3-киназы способом. [14] Исследования показали, что агенты, повышающие уровень цАМФ , также могут активировать Akt посредством протеинкиназы А (ПКА) в присутствии инсулина. [15]
Akt может быть O -GlcNAцилирован с помощью OGT . O -GlcNAcylation Akt связано со снижением фосфорилирования T308. [16]
Akt1 обычно фосфорилируется в положении Т450 в мотиве поворота, когда Akt1 транслируется. Если Akt1 не фосфорилируется в этом положении, Akt1 не сворачивается должным образом. Нефосфорилированный T450 неправильно свернутый Akt1 убиквитинируется и разрушается протеасомой . Akt1 также фосфорилируется по T308 и S473 во время ответа IGF-1 , и образующийся полифосфорилированный Akt частично убиквитинируется лигазой E3 NEDD4 . Большая часть убиквитинированного-фосфорилированного-Akt1 расщепляется протеасомой, в то время как небольшое количество фосфорилированного-Akt1 перемещается в ядро убиквитин-зависимым способом, фосфорилируя его субстрат. Мутант Akt1 (E17K), полученный из рака, легче убиквитинируется и фосфорилируется, чем Akt1 дикого типа. Убиквитинированный фосфорилированный Akt1 (E17K) более эффективно перемещается в ядро, чем Akt1 дикого типа. Этот механизм может способствовать развитию рака у людей, индуцированного E17K-Akt1. [17]
PI3K-зависимая активация Akt1 может регулироваться с помощью супрессора опухоли PTEN , который действует по существу противоположно PI3K , упомянутому выше. [18] PTEN действует как фосфатаза , дефосфорилируя PIP3 обратно в PIP2 . Это удаляет фактор мембранной локализации из сигнального пути Akt . Без этой локализации скорость активации Akt1 значительно снижается, как и все нижестоящие пути, активация которых зависит от Akt1 .
PIP3 также может быть дефосфорилирован в положении «5» с помощью инозитолфосфатаз семейства SHIP, SHIP1 и SHIP2 . Эти полифосфат-инозитолфосфатазы дефосфорилируют PIP3 с образованием PIP2 .
Было показано, что фосфатазы семейства PHLPP , PHLPP1 и PHLPP2 , непосредственно дефосфорилируют и, следовательно, инактивируют отдельные изоформы Akt. PHLPP2 дефосфорилирует Akt1 и Akt3, тогда как PHLPP1 специфичен для Akt2 и Akt3. [ нужна цитата ]
Киназы Akt регулируют выживаемость клеток [19] и метаболизм путем связывания и регулирования многих нижестоящих эффекторов, например, ядерного фактора-κB , белков семейства Bcl-2, главного лизосомального регулятора TFEB и мышиной двойной минуты 2 ( MDM2 ).
Akt-киназы могут способствовать выживанию клеток, опосредованному факторами роста, как прямо, так и косвенно. БАД представляет собой проапоптотический белок семейства Bcl-2 . Akt1 может фосфорилировать BAD по Ser136, [20] что приводит к диссоциации BAD от комплекса Bcl-2/Bcl-X и потере проапоптотической функции. [21] Akt1 также может активировать NF-κB посредством регулирования киназы IκB (IKK), что приводит к транскрипции генов, способствующих выживанию. [22]
Известно, что изоформы Akt играют роль в клеточном цикле . Было показано, что при различных обстоятельствах активация Akt1 преодолевает остановку клеточного цикла в фазах G1 [23] и G2 [24] . Более того, активированный Akt1 может способствовать пролиферации и выживанию клеток, которые подверглись потенциально мутагенному воздействию и, следовательно, могут способствовать приобретению мутаций в других генах.
Akt2 необходим для индуцированной инсулином транслокации транспортера глюкозы 4 ( GLUT4 ) на плазматическую мембрану . Киназа гликогенсинтазы 3 ( GSK-3 ) может ингибироваться при фосфорилировании Akt, что приводит к увеличению синтеза гликогена. GSK3 также участвует в сигнальном каскаде Wnt , поэтому Akt может также участвовать в пути Wnt. Его роль в стеатозе , индуцированном вирусом гепатита С , неизвестна. [ нужна цитата ]
Akt1 регулирует TFEB , главный контроллер лизосомального биогенеза, [25] путем прямого фосфорилирования по серину 467. [26] Фосфорилированный TFEB исключается из ядра и становится менее активным. [26] Фармакологическое ингибирование Akt способствует ядерной транслокации TFEB , лизосомальному биогенезу и аутофагии. [26]
Akt1 также участвует в ангиогенезе и развитии опухолей. Хотя дефицит Akt1 у мышей ингибировал физиологический ангиогенез, он усиливал патологический ангиогенез и рост опухоли, связанный с аномалиями матрикса кожи и кровеносных сосудов. [27] [28]
Белки Akt связаны с выживанием, пролиферацией и инвазивностью опухолевых клеток. Активация Akt также является одним из наиболее частых изменений, наблюдаемых в раковых и опухолевых клетках человека. Выживание опухолевых клеток, имеющих постоянно активный Akt, может зависеть от Akt. [29] Поэтому понимание белков Akt и их путей важно для создания более эффективных методов лечения рака и опухолевых клеток. Мутация, активирующая мозаику (c. 49G→A, p.Glu17Lys) в Akt1, связана с синдромом Протея, который вызывает разрастание кожи, соединительной ткани, мозга и других тканей. [30]
Ингибиторы Akt могут лечить такие виды рака, как нейробластома . Некоторые ингибиторы Akt прошли клинические испытания. В 2007 году VQD-002 прошел I фазу испытаний. [31] В 2010 году перифозин достиг второй фазы. [32] , но в 2012 году он провалил этап III.
Милтефозин одобрен для лечения лейшманиоза и исследуется по другим показаниям, включая ВИЧ.
В настоящее время считается, что Akt1 является «ключом» для проникновения в клетки HSV-1 и HSV-2 (вирус герпеса: орального и генитального соответственно). Высвобождение внутриклеточного кальция клеткой обеспечивает проникновение вируса герпеса; вирус активирует Akt1, что, в свою очередь, вызывает высвобождение кальция. Обработка клеток ингибиторами Akt до воздействия вируса приводит к значительно более низкому уровню заражения. [33]
MK-2206 сообщил о результатах фазы 1 для лечения солидных опухолей в 2011 году [34] и впоследствии прошел многочисленные исследования фазы II для широкого спектра типов рака. [35]
В 2013 году AZD5363 сообщил о результатах фазы I в отношении солидных опухолей. [36] с исследованием AZD5363 с использованием олапариба , опубликованным в 2016 году. [37]
Ипатасертиб находится на стадии II исследований по лечению рака молочной железы. [38]
Активация изоформы Akt связана со многими злокачественными новообразованиями; однако исследовательская группа из Массачусетской больницы общего профиля и Гарвардского университета неожиданно обнаружила обратную роль Akt и одного из его нижестоящих эффекторных FOXO при остром миелоидном лейкозе (ОМЛ). Они утверждали, что низкие уровни активности Akt, связанные с повышенными уровнями FOXO, необходимы для поддержания функции и незрелого состояния клеток, инициирующих лейкоз (LIC). FOXO активны, что означает снижение активности Akt, примерно в 40% образцов пациентов с ОМЛ, независимо от генетического подтипа; и либо активация Akt, либо удаление соединения FoxO1/3/4 снижало рост лейкозных клеток на мышиной модели. [39]
Два исследования показывают, что Akt1 участвует в ювенильных гранулезно-клеточных опухолях (JGCT). Дупликации внутри рамки в домене гомологичности плекстрина (PHD) белка были обнаружены более чем в 60% JGCT, возникающих у девочек в возрасте до 15 лет. JGCT без дупликаций несут точковые мутации, затрагивающие высококонсервативные остатки. Мутированные белки, несущие дупликации, демонстрируют субклеточное распределение недикого типа с заметным обогащением плазматической мембраны. Это привело к поразительной степени активации Akt1, продемонстрированной высоким уровнем фосфорилирования и подтвержденной репортерными анализами. [40]
Анализ с помощью RNA-Seq выявил ряд дифференциально экспрессируемых генов, участвующих в передаче сигналов цитокинов и гормонов, а также в процессах, связанных с делением клеток. Дальнейший анализ указал на возможный процесс дедифференцировки и предположил, что большая часть транскриптомных нарушений регуляции может быть опосредована ограниченным набором транскрипционных факторов, нарушаемых активацией Akt1. Эти результаты указывают на соматические мутации Akt1 как на основные, вероятно, движущие события в патогенезе JGCT. [41]