Аутофосфорилирование - Autophosphorylation

Рис. 1: Активация рецептора эпидермального фактора роста путем аутофосфорилирования. По пьесе Пекорино (2008)[1]
Рис. 2: Регулирование Src-киназы путем аутофосфорилирования. По материалам Frame (2002)[2]

Аутофосфорилирование это тип посттрансляционная модификация из белки. Обычно это определяется как фосфорилирование из киназа сам по себе. В эукариоты, этот процесс происходит путем добавления фосфат группа в серин, треонин или же тирозин остатки внутри протеинкиназ, как правило, для регулирования каталитической активности.[3][4] Аутофосфорилирование может происходить, когда собственные киназы активный сайт катализирует реакцию фосфорилирования (цис-аутофосфорилирование) или когда другая киназа того же типа обеспечивает активный центр, который осуществляет химию (транс-аутофосфорилирование). Последнее часто происходит при димеризации молекул киназы.[3] Как правило, введенные фосфатные группы представляют собой гамма-фосфаты из нуклеозидтрифосфаты, Наиболее часто АТФ.[3]

Функция

Протеинкиназы, многие из которых регулируются аутофосфорилированием, жизненно важны для контроля клеточной пролиферации, дифференцировки, метаболизма, миграции и выживания. Мутации в гены кодирование их или их потенциальных активаторов или репрессоров может влиять на любое количество функций в организме.[3][4] Фосфорилирование легко отменяется фосфатазы. Следовательно, это эффективный метод «включения» и «выключения» активности киназы. 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 изменение конформации, 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 предоставления или предотвращения дополнительных форм, необходимых для молекулярного распознавания.[3] Кроме того, фосфатная группа дает несколько потенциальных областей для водородная связь или установление соляных мостиков, последнее обычно включает аргинин остаток.[3] [5]

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

Процесс и структура

Киназы либо фосфорилируются на серин и / или треонин остатки или только остатки тирозина.[5] Это служит средством классификации их как Ser / Thr- или Tyr-киназ. Несколько остатков внутри первичная структура может быть аутофосфорилирован одновременно. Фосфоакцепторы часто располагаются внутри петель в структуре белка, что обычно называется 'петли 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 аналогично известным структуры 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]
    • EPHA2 человека, 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, гомолог сайту FGFR1,[6] доменный интерфейс 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, гомолог IGF1R сайту Tyr1165[6])[6][13]
  • Ser / Thr фосфорилирование сайты в циклах 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]
    • человеческий CaMKII, 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 не вовлекают важные контакты домен-домен вдали от сайта связывания субстрата.[6]

Сигнальные пути и трансаутофосфорилирование

Среди множества различных молекул, Рецепторные тирозинкиназы (RTK) играют критически важную роль в передаче сигналов через ряд сигнальные пути. Все RTK состоят из внеклеточного лиганд связывающая область, единственная трансмембранная спираль и цитоплазматическая область (домен тирозинкиназы). До стимуляции лигандом большинство RTK присутствует в виде мономера на поверхности клеток. Связывание лиганда с внеклеточным доменом вызывает димеризация. 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 аутофосфорилированию

Рецептор эпидермального фактора роста

Примером RTK, которые подвергаются автофосфорилированию, является Фактор эпидермального роста рецептор (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. Фосфорилированный остаток тирозина может затем служить сайтом стыковки для сигнальных белков ниже по течению.[21] (Рисунок 1).

Рецепторы инсулина

Другой пример - привязка инсулин к рецепторы инсулина. После попадания в кровоток инсулин может связываться с рецепторами на поверхности клеток в мышцах или других тканях. Этот рецептор представляет собой белок с (αβ) 2 четвертичная структура. Две большие α-субъединицы являются внеклеточными, в то время 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

Src киназы

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 src-киназ регулируется как фосфорилированием, так и внутримолекулярными взаимодействиями с участием SH2 и SH3 домены. 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 домен SH3.
  • 3. Последующее аутофосфорилирование tyr-416 активирует киназу.
  • 4. Конститутивная активация src-киназы, 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, мутировавшая при атаксии и телеангиэктазии (киназа ATM)

ATM kinase, член PI3 -подобное семейство серин / треониновых киназ играет решающую роль в поддержании стабильности генома, что имеет фундаментальное значение для выживания всех организмов. Он проявляет свой эффект путем фосфорилирования целевых белков, таких 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 АТМ 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 нестабильности генома, раку и другим патологиям.[23]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Пекорино, Л. 2008, «Молекулярная биология рака», Oxford University Press Inc., Нью-Йорк, США.
  2. ^ а б c Frame MC (июнь 2002 г.). «Src в раке: дерегуляция и последствия для поведения клеток». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Обзоры на рак. 1602 (2): 114–30. Дои:10.1016 / s0304-419x (02) 00040-9. PMID  12020799.
  3. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м Петско, Г.А. и Риндж, Д. 2009, «Структура и функция белка», Oxford University Press Inc., Нью-Йорк, США.
  4. ^ а б c Саммерс К.С., Шен Ф., Сьерра Потчанант Е.А., Фиппс Е.А., Хики Р.Дж., Малкас Л.Х. (2011). «Фосфорилирование: молекулярный переключатель репарации двухцепочечных разрывов». Международный журнал протеомики. 2011: 373816. Дои:10.1155/2011/373816. ЧВК  3200257. PMID  22084686.
  5. ^ а б c Смит Дж. А., Фрэнсис Ш., Корбин Дж. Д. (ноябрь 1993 г.). «Аутофосфорилирование: характерная особенность протеинкиназ». Молекулярная и клеточная биохимия. 127–128: 51–70. Дои:10.1007 / BF01076757. PMID  7935362.
  6. ^ а б c d е ж грамм час я j k Сюй К., Малецка К.Л., Финк Л., Джордан Э.Д., Даффи Э., Коландер С., Петерсон Дж. Р., Данбрак Р. Л. (декабрь 2015 г.). «Выявление трехмерных структур комплексов аутофосфорилирования в кристаллах протеинкиназ». Научная сигнализация. 8 (405): RS13. Дои:10.1126 / scisignal.aaa6711. ЧВК  4766099. PMID  26628682.
  7. ^ Мол CD, Лим К.Б., Шридхар В., Цзоу Х., Чиен Е.Ю., Санг Б.К., Новаковски Дж., Кассель Д.Б., 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. Дои: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 (март 2010 г.) ). «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. Дои:10.1016 / j.bmcl.2010.01.078. PMID  20137931.
  9. ^ Bae JH, Lew ED, Yuzawa S, Tomé F, Lax I, Schlessinger J (август 2009 г.). «Селективность передачи сигналов рецепторной тирозинкиназы контролируется сайтом связывания вторичного SH2-домена». Клетка. 138 (3): 514–24. Дои:10.1016 / j.cell.2009.05.028. ЧВК  4764080. PMID  19665973.
  10. ^ Хуанг З., Чен Х., Блейс С., Нойберт Т.А., Ли Х, Мохаммади М. (октябрь 2013 г.). «Структурная мимикрия фосфорилирования тирозина a-петли патогенной мутацией рецептора 3 FGF». Структура. 21 (10): 1889–96. Дои:10.1016 / j.str.2013.07.017. ЧВК  3839590. PMID  23972473.
  11. ^ Ву Дж., Ли В., Крэддок Б. П., Форман К. В., Малвихилл М. Дж., Джи К. С., Миллер В. Т., Хаббард С. Р. (июль 2008 г.). «Низкомолекулярное ингибирование и трансфосфорилирование петли активации рецептора IGF1». Журнал EMBO. 27 (14): 1985–94. Дои:10.1038 / emboj.2008.116. ЧВК  2486273. PMID  18566589.
  12. ^ Nemecek C, Metz WA, Wentzler S, Ding FX, Venot C, Souaille C, Dagallier A, Maignan S, Guilloteau JP, Bernard F, Henry A, 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. Дои:10.1111 / j.1747-0285.2010.00991.x. PMID  20545947.
  13. ^ Джейкобс, доктор медицины, 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. Дои: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. Дои:10.1016 / j.str.2011.10.013. PMID  22153498.
  15. ^ Staben ST, Feng JA, Lyle K, Belvin M, Boggs J, Burch JD, Chua CC, Cui H, DiPasquale AG, Friedman LS, Heise C, Koeppen H, Kotey A, Mintzer R, Oh A, Roberts DA, Rouge L , Рудольф Дж., Там Ч, Ван В., Сяо Й, Янг А., Чжан И, Хофлич К. П. (февраль 2014 г.). «Гибкость заднего кармана обеспечивает селективность р21-активируемой киназы группы II (PAK) в отношении ингибиторов киназы I 1/2». Журнал медицинской химии. 57 (3): 1033–45. Дои:10.1021 / jm401768t. PMID  24432870.
  16. ^ Кроуфорд Дж. Дж., Ли В., Алиагас I, Матье С., Хёфлич К. П., Чжоу В., Ван В., Руж Л., Мюррей Л., Ла Х, Лю Н., Фан П. У., Чеонг Дж., Хейсе К. Э., Рамасвами С., Минцер Р., Лю И , Чао К., Рудольф Дж. (Июнь 2015 г.). «Структурно-управляемый дизайн группы I селективных ингибиторов р21-активированной киназы». Журнал медицинской химии. 58 (12): 5121–36. Дои:10.1021 / acs.jmedchem.5b00572. PMID  26030457.
  17. ^ Ndubaku CO, Crawford JJ, Drobnick J, Aliagas I, Campbell D, Dong P, Dornan LM, Duron S, Epler J, Gazzard L, Heise CE, Hoeflich KP, Jakubiak D, La H, Lee W, Lin B, Lyssikatos JP , Maksimoska J, Marmorstein R, Murray LJ, O'Brien T, Oh A, Ramaswamy S, Wang W, Zhao X, Zhong Y, Blackwood E, Rudolph J (декабрь 2015 г.). «Разработка селективного ингибитора PAK1 G-5555: улучшение свойств за счет использования неортодоксального полярного компонента с низким pK». Письма о медицинской химии ACS. 6 (12): 1241–6. Дои:10.1021 / acsmedchemlett.5b00398. ЧВК  4677365. PMID  26713112.
  18. ^ Феррао Р., Чжоу Х., Шан Й., Лю Цюй, Ли Ц., Шоу ДЭ, Ли Х, Ву Х. (сентябрь 2014 г.). «Димеризация IRAK4 и трансаутофосфорилирование индуцируются сборкой Myddosome». Молекулярная клетка. 55 (6): 891–903. Дои:10.1016 / j.molcel.2014.08.006. ЧВК  4169746. PMID  25201411.
  19. ^ Чао Л.Х., Пеллицена П., Дейндл С., Барклай Л.А., Шульман Х., Куриян Дж. (Март 2010 г.). «Межсубъединичный захват регуляторных сегментов является компонентом совместной активации CaMKII». Структурная и молекулярная биология природы. 17 (3): 264–72. Дои:10.1038 / nsmb.1751. ЧВК  2855215. PMID  20139983.
  20. ^ Релос П., Пайк А.С., Нисен Ф.Х., Салах Э., Ли У.Х., фон Делфт Ф., Кнапп С. (2010). «Структура комплекса CaMKIIdelta / кальмодулин раскрывает молекулярный механизм активации киназы CaMKII». PLOS Биология. 8 (7): e1000426. Дои:10.1371 / journal.pbio.1000426. ЧВК  2910593. PMID  20668654.
  21. ^ а б c Бэ Дж. Х., Шлессинджер Дж. (Май 2010 г.). «Асимметричные механизмы тирозинкиназы при активации или аутофосфорилировании рецепторных тирозинкиназ». Молекулы и клетки. 29 (5): 443–8. Дои:10.1007 / с10059-010-0080-5. PMID  20432069.
  22. ^ C O P E, Cytokines & Cells Интернет-энциклопедия Pathfinder, Апрель 2012 г.
  23. ^ Баккенист CJ, Кастан МБ (январь 2003 г.). «Повреждение ДНК активирует АТМ посредством межмолекулярного аутофосфорилирования и диссоциации димеров». Природа. 421 (6922): 499–506. Bibcode:2003Натура.421..499Б. Дои:10.1038 / природа01368. PMID  12556884.