Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Рис. 1: Активация рецептора эпидермального фактора роста путем аутофосфорилирования. По материалам Pecorino (2008) [1]
Рис. 2: Регулирование Src-киназы путем аутофосфорилирования. По материалам Frame (2002) [2]

Автофосфорилирование представляет собой тип пост-трансляционной модификации из белков . Обычно это определяется как фосфорилирование самой киназы . У эукариот этот процесс происходит путем добавления фосфатной группы к остаткам серина , треонина или тирозина внутри протеинкиназ, как правило, для регулирования каталитической активности. [3] [4] Аутофосфорилирование может происходить, когда собственный активный сайт киназыкатализирует реакцию фосфорилирования (цис-аутофосфорилирование), или когда другая киназа того же типа обеспечивает активный центр, который осуществляет химию (трансаутофосфорилирование). Последнее часто происходит при димеризации молекул киназы. [3] Как правило, введенные фосфатные группы представляют собой гамма-фосфаты из нуклеозидтрифосфатов , чаще всего АТФ . [3]

Функция [ править ]

Протеинкиназы, многие из которых регулируются аутофосфорилированием, жизненно важны для контроля клеточной пролиферации, дифференцировки, метаболизма, миграции и выживания. Мутации в генах , кодирующих их или их потенциальные активаторы или репрессоры могут повлиять на любое количество функций внутри организма. [3] [4] Фосфорилирование легко отменяется фосфатазами . Следовательно, это эффективный метод «включения» и «выключения» киназной активности. Из-за этого он признан важным процессом в передаче сигналов в клетке. [3] Добавление отрицательно заряженной фосфатной группы вызывает изменение в микросреде, которое может привести к притяжению или отталкиванию других остатков или молекул.[3] [4] Результатом может быть конформационное изменение, открывающее или скрывающее каталитические или аллостерические седла с поверхности. [3] Если фосфорилированный остаток находится внутри самого каталитического седла, он может способствовать или предотвращать связывание субстрата посредством взаимодействия заряда или путем обеспечения или предотвращения дополнительных форм, необходимых для молекулярного распознавания. [3] Кроме того, фосфатная группа дает несколько потенциальных областей для образования водородных связей или образования солевых мостиков, из которых последний обычно включаетостаток аргинина . [3] [5]

На связывание эффекторных молекул можно воздействовать аналогичным образом, если фосфорилированный остаток входит в состав аллостерического сайта . [3] Сообщалось также, что аутофосфорилирование влияет на способность клетки к эндоцитозу и протеолизу . [5]

Процесс и структура [ править ]

Киназы фосфорилируются либо по остаткам серина и / или треонина , либо только по остаткам тирозина. [5] Это служит средством классификации их как Ser / Thr- или Tyr-киназ. Несколько остатков в первичной структуре могут быть аутофосфорилированы одновременно. Фосфоакцепторы часто располагаются внутри петель в структуре белка, что обычно называется « петлями активации ». [3] Структуры некоторых комплексов аутофосфорилирования известны из кристаллов протеинкиназ, в которых сайт фосфорилирования (Ser, Thr или Tyr) одного мономера в кристалле находится в активном центре другого мономера кристалла таким образом. подобны известным структурам пептид-субстрат / киназа.[6] К известным структурам относятся:

  • Сайты фосфорилирования Tyr в прилегающих к мембране областях:
    • cKIT человека, Tyr568 (PDB: 1PKG) [7]
    • человеческий CSF1R, Tyr561 (PDB: 3LCD, гомологичен сайту cKIT) [6] [8]
    • человеческий EPHA2, Tyr594 (PDB: 4PDO, два остатка после сайтов cKIT и CSF1R) [6]
  • Сайты фосфорилирования Tyr в областях вставки киназы:
    • человеческий FGFR1, Tyr583 (PDB: 3GQI) [9]
    • человеческий FGFR3, Tyr577 (PDB: 4K33, гомологичен сайту FGFR1, интерфейс [6] домена идентичен структуре FGFR1) [10]
  • Сайты фосфорилирования Tyr в петлях активации:
    • человеческий IGF1R, Tyr1165 (PDB: 3D94) [11]
    • человеческий IGF1R, Tyr1166 (PDB: 3LVP) [6] [12]
    • человеческий LCK, Tyr394 (PDB: 2PL0, гомологичен сайту IGF1R Tyr1165 [6] ) [6] [13]
  • Сайты фосфорилирования Ser / Thr в петлях активации:
    • PAK1 человека, Thr423 (PDB: 3Q4Z, 4O0R, 4O0T, 4P90, 4ZLO, 4ZY4, 4ZY5, 4ZY6, 5DEY; структуры 4ZY4 и 4ZY5 обеспечивают полные координаты петли активации субстрата [6] ) [6] [14] [15 ] [16] [17]
    • человеческий IRAK4, Thr345 (PDB: 4U97, 4U9A) [18]
  • N- или C-концевые хвосты Сайты фосфорилирования Ser / Thr:
    • C. elegans CaMKII, С-концевой хвост, Thr284 (PDB: 3KK8, 3KK9) [19]
    • CaMKII человека, С-концевой хвост, Thr287 (PDB: 2WEL, гомолог сайту C. elegans) [20]
    • человеческий CLK2, N-концевой хвост, Ser142 (PDB: 3NR9) [6]

В общем, структуры фосфорилирования внутренних петель включают важные контакты домен-домен, которые были подтверждены сайт-направленным мутагенезом, в то время как фосфорилирование положений в N- или C-концевых хвостах более чем на 10 аминокислот от домена киназы делает это. не вовлекают важные контакты домен-домен вдали от сайта связывания субстрата. [6]

Сигнальные пути и трансаутофосфорилирование [ править ]

Среди множества различных молекул рецепторные тирозинкиназы (RTK) играют решающую роль в передаче сигналов через ряд сигнальных путей . Все RTK состоят из области связывания внеклеточного лиганда , единственной трансмембранной спирали и цитоплазматической области (домена тирозинкиназы). До стимуляции лигандом большинство RTK присутствуют в виде мономера на поверхности клеток. Связывание лиганда с внеклеточным доменом вызывает димеризацию . Димеризация RTK приводит к аутофосфорилированию тирозина в каталитическом ядре димера и, наконец, к стимуляции активности тирозинкиназы и передачи клеточных сигналов. [21]Таким образом, это пример реакции транс-аутофосфорилирования, когда одна субъединица рецептора димера фосфорилирует другую субъединицу. [22]

Примеры RTK, которые подвергаются автофосфорилированию [ править ]

Рецептор эпидермального фактора роста [ править ]

Примером RTK, которые подвергаются аутофосфорилированию, является рецептор эпидермального фактора роста (EGFR). EGFR был первым обнаруженным примером RTK. После связывания лиганда в мономерах EGFR происходит конформационное изменение. Это приводит к димеризации EGFR. [21] Димеризация сближает два рецептора. Это стимулирует киназную активность EGFR, что приводит к трансаутофосфорилированию нескольких остатков тирозина на С-конце молекулы. Затем фосфорилированный остаток тирозина может служить сайтом стыковки для сигнальных белков ниже по течению. [21] (рис. 1).

Рецепторы инсулина [ править ]

Другой пример - связывание инсулина с рецепторами инсулина . После попадания в кровоток инсулин может связываться с рецепторами на поверхности клеток в мышцах или других тканях. Этот рецептор представляет собой белок с четвертичной структурой (αβ) 2 . Две большие α-субъединицы являются внеклеточными, тогда как меньшие β-субъединицы имеют трансмембранный домен, а также внеклеточные и внутриклеточные домены. В отсутствие инсулина два внутриклеточных домена субъединиц β разделены. Связывание с инсулином вызывает конформационное изменение рецептора, которое сближает их (димеризация). Каждый внутриклеточный домен субъединицы β представляет собой тирозинкиназу, которая фосфорилирует своего партнера в рецепторе. [3]

Рак [ править ]

Src киназы [ править ]

Киназы семейства Src являются примерами белков, которые используют аутофосфорилирование для поддержания своего активированного состояния. [3] Киназы Src участвуют во внутриклеточных сигнальных путях, которые влияют на рост клеток и силу клеточной адгезии. Последний способствует контролю миграции клеток. Таким образом, нарушение регуляции src-киназы может усилить рост опухоли и инвазивный потенциал раковых клеток. [2] Активность киназ src регулируется как фосфорилированием, так и внутримолекулярными взаимодействиями с участием доменов SH2 и SH3 . Вероятный механизм активации src-киназы при раке следующий:

  • 1. Киназа src сохраняется в неактивной форме за счет связывания SH2 с фосфотирозином.
  • 2. Дефосфорилирование tyr-527 высвобождает SH2, а также SH3 домен.
  • 3. Последующее аутофосфорилирование tyr-416 активирует киназу.
  • 4. Конститутивная активация киназы src, наблюдаемая при раке, может быть связана с делецией tyr-527, замещением SH3- и SH2-опосредованных взаимодействий высокоаффинными лигандами с постоянно аутофосфорилированным tyr-416. [2] (рис. 2).

Киназа с мутацией телеангиэктазии атаксии (киназа ATM) [ править ]

Киназа ATM, член PI3- подобного семейства серин / треониновых киназ, играет решающую роль в поддержании стабильности генома, что имеет фундаментальное значение для выживания всех организмов. Он проявляет свой эффект, фосфорилируя целевые белки, такие как P53 , MDM2 и chk2.. Активации АТМ способствует аутофосфорилирование. Неактивный ATM существует в виде димера, где киназный домен одного мономера связан с внутренним доменом другого мономера, содержащего ser-1981. Следовательно, он будет недоступен для клеточных субстратов. В ответ на повреждение ДНК киназный домен одного мономера фосфорилирует ser-1981 другого взаимодействующего ATM, что приводит к диссоциации субъединицы и активации ATM. Активированный ATM запускает последовательность событий, включая остановку клеточного цикла, что дает время для восстановления поврежденной ДНК. Если поврежденную ДНК не восстановить, это может привести к гибели клеток или геномной нестабильности, раку и другим патологиям. [23]

См. Также [ править ]

  • Фосфорилирование
  • Киназа

Ссылки [ править ]

  1. ^ Пекорино, L 2008, 'Молекулярная биология рака', Oxford University Press Inc., Нью-Йорк, США.
  2. ^ a b c Frame MC (июнь 2002 г.). «Src в раке: дерегуляция и последствия для поведения клеток». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Обзоры рака . 1602 (2): 114–30. DOI : 10.1016 / s0304-419x (02) 00040-9 . PMID  12020799 .
  3. ^ a b c d e f g h i j k l m Петско, Г. А., Ринге, Д. 2009, «Структура и функция белка», Oxford University Press Inc., Нью-Йорк, США.
  4. ^ a b c Саммерс К.С., Шен Ф., Сьерра Потчанант Э.А., Фиппс Э.А., Хики Р.Дж., Малкас Л.Х. (2011). «Фосфорилирование: молекулярный переключатель репарации двухцепочечных разрывов» . Международный журнал протеомики . 2011 : 373816. дои : 10,1155 / 2011/373816 . PMC 3200257 . PMID 22084686 .  
  5. ^ a b c Смит Дж. А., Фрэнсис Ш., Корбин Дж. Д. (ноябрь 1993 г.). «Аутофосфорилирование: характерная особенность протеинкиназ». Молекулярная и клеточная биохимия . 127–128: 51–70. DOI : 10.1007 / BF01076757 . PMID 7935362 . 
  6. ^ a b c d e f g h i j k Xu Q, Malecka KL, Fink L, Jordan EJ, Duffy E, Kolander S, Peterson JR, Dunbrack RL (декабрь 2015 г.). «Выявление трехмерных структур комплексов аутофосфорилирования в кристаллах протеинкиназ» . Научная сигнализация . 8 (405): RS13. DOI : 10.1126 / scisignal.aaa6711 . PMC 4766099 . PMID 26628682 .  
  7. ^ Мол CD, Лим К.Б., Шридхар В., Цзоу Х., Чиен Е.Ю., Санг BC, Новаковски Дж., Кассель Д.В., Кронин С.Н., Макри Д.Е. (август 2003 г.) «Структура комплекса продуктов c-kit раскрывает основу трансактивации киназы» . Журнал биологической химии . 278 (34): 31461–4. DOI : 10.1074 / jbc.C300186200 . PMID 12824176 . 
  8. ^ Мейерс MJ, Pelc M, Kamtekar S, Day J, Poda GI, Hall MK, Michener ML, Reitz BA, Mathis KJ, Pierce BS, Parikh MD, Mischke DA, Long SA, Parlow JJ, Anderson DR, Thorarensen A (Mar 2010). «Дизайн лекарственного средства на основе структуры позволяет преобразовать ингибитор киназы CSF-1R, связывающийся с DFG-in, в режим связывания с DFG-out». Письма по биоорганической и медицинской химии . 20 (5): 1543–7. DOI : 10.1016 / j.bmcl.2010.01.078 . PMID 20137931 . 
  9. ↑ Bae JH, Lew ED, Yuzawa S, Tomé F, Lax I, Schlessinger J (август 2009). «Селективность передачи сигнала рецепторной тирозинкиназы контролируется сайтом связывания вторичного домена SH2» . Cell . 138 (3): 514–24. DOI : 10.1016 / j.cell.2009.05.028 . PMC 4764080 . PMID 19665973 .  
  10. Перейти ↑ Huang Z, Chen H, Blais S, Neubert TA, Li X, Mohammadi M (октябрь 2013 г.). «Структурная мимикрия фосфорилирования тирозина a-петли патогенной мутацией рецептора 3 FGF» . Структура . 21 (10): 1889–96. DOI : 10.1016 / j.str.2013.07.017 . PMC 3839590 . PMID 23972473 .  
  11. ↑ Wu J, Li W, Craddock BP, Foreman KW, Mulvihill MJ, Ji QS, Miller WT, Hubbard SR (июль 2008 г.). «Низкомолекулярное ингибирование и трансфосфорилирование петли активации рецептора IGF1» . Журнал EMBO . 27 (14): 1985–94. DOI : 10.1038 / emboj.2008.116 . PMC 2486273 . PMID 18566589 .  
  12. ^ Немечек С, Metz WA, Wentzler S, Дин FX, Venot С, Souaille С, Dagallier А, Maignan S, Guilloteau JP, Бернарда F, Генри А, Grapinet S, Lesuisse D (август 2010 г.). «Дизайн мощных ингибиторов IGF1-R, связанных с бис-азаиндолами» . Химическая биология и дизайн лекарств . 76 (2): 100–6. DOI : 10.1111 / j.1747-0285.2010.00991.x . PMID 20545947 . 
  13. Перейти ↑ Jacobs MD, Caron PR, Hare BJ (март 2008 г.). «Классификация структур протеинкиназ определяет использование профилей селективности лиганда для прогнозирования неактивных конформаций: структура комплекса lck / иматиниб». Белки . 70 (4): 1451–60. DOI : 10.1002 / prot.21633 . PMID 17910071 . 
  14. ↑ Wang J, Wu JW, Wang ZX (декабрь 2011 г.). «Структурные представления о механизме аутоактивации p21-активированной протеинкиназы». Структура . 19 (12): 1752–61. DOI : 10.1016 / j.str.2011.10.013 . PMID 22153498 . 
  15. ^ Staben ST, Фен JA, Лайл К, Белвин М, Боггз Дж, Burch JD, Чуа CC, Цуй Н, DiPasquale А.Г., Фридман Л.С., Хейзе С, Кёппен Н, Kotey А, Минцер Р, О , А, Робертс Д. А., Руж Л., Рудольф Дж., Там Ч, Ван В., Сяо Ю., Янг А., Чжан Ю., Хёфлич К. П. (февраль 2014 г.). «Гибкость заднего кармана обеспечивает селективность р21-активируемой киназы группы II (PAK) в отношении ингибиторов киназы типа I 1/2». Журнал медицинской химии . 57 (3): 1033–45. DOI : 10.1021 / jm401768t . PMID 24432870 . 
  16. ^ Кроуфорд JJ, Ли W, Алиагас I, Матье S, Hoeflich KP, Чжоу W, Wang W, Rouge L, Мюррей L, Ла Х, Лю Н., Фан П.В., Чеонг J, Heise CE, Рамасвами S, Минцер Р., Лю Y, Чао К., Рудольф Дж. (Июнь 2015 г.). «Структурно-управляемый дизайн группы I селективных ингибиторов р21-активированной киназы». Журнал медицинской химии . 58 (12): 5121–36. DOI : 10.1021 / acs.jmedchem.5b00572 . PMID 26030457 . 
  17. ^ Ndubaku СО, Кроуфорд JJ, Drobnick Дж, Aliagas я, Кэмпбелл D, Dong P, Дорнан Л.М., Дурон S, Epler Дж, Газзард л, Хейзе CE, Hoeflich КП, Jakubiak D, Ла - Н, Ли Вт, Лин В, Lyssikatos JP, Максимоска Дж., Марморштейн Р., Мюррей Л. Дж., О'Брайен Т., О А., Рамасвами С., Ван В., Чжао Х, Чжун Ю., Блэквуд Е., Рудольф Дж. (Декабрь 2015 г.). «Разработка селективного ингибитора PAK1 G-5555: улучшение свойств за счет использования неортодоксального полярного компонента с низким pK» . Письма по медицинской химии ACS . 6 (12): 1241–6. DOI : 10.1021 / acsmedchemlett.5b00398 . PMC 4677365 . PMID 26713112 .  
  18. ^ Ferrão Р, Чжоу Н, Шань У, Лю Q, Ли Q, Шоу ДЕ, Ли Х, У Н (сентябрь 2014). «Димеризация IRAK4 и трансаутофосфорилирование индуцируются сборкой Myddosome» . Молекулярная клетка . 55 (6): 891–903. DOI : 10.1016 / j.molcel.2014.08.006 . PMC 4169746 . PMID 25201411 .  
  19. ^ Чао ЛГ, Pellicena Р, S Deindl, Барклай Л.А., Шулмэн Н, J Kuriyan (март 2010). «Межсубъединичный захват регуляторных сегментов является компонентом совместной активации CaMKII» . Структурная и молекулярная биология природы . 17 (3): 264–72. DOI : 10.1038 / nsmb.1751 . PMC 2855215 . PMID 20139983 .  
  20. ^ Rellos P, Pike AC, Niesen FH, Салах E, Ли WH, фон Делфт F, Кнапп S (2010). «Структура комплекса CaMKIIdelta / кальмодулин раскрывает молекулярный механизм активации киназы CaMKII» . PLOS Биология . 8 (7): e1000426. DOI : 10.1371 / journal.pbio.1000426 . PMC 2910593 . PMID 20668654 .  
  21. ^ a b c Bae JH, Schlessinger J (май 2010 г.). «Асимметричные механизмы тирозинкиназы при активации или аутофосфорилировании рецепторных тирозинкиназ». Молекулы и клетки . 29 (5): 443–8. DOI : 10.1007 / s10059-010-0080-5 . PMID 20432069 . 
  22. ^ COPE, Cytokines & Cells Online Pathfinder Encyclopedia , апрель 2012 г.
  23. ^ Bakkenist CJ, Kastan MB (январь 2003). «Повреждение ДНК активирует АТМ посредством межмолекулярного аутофосфорилирования и диссоциации димеров». Природа . 421 (6922): 499–506. Bibcode : 2003Natur.421..499B . DOI : 10,1038 / природа01368 . PMID 12556884 .