Autofosforylace - Autophosphorylation

Obr. 1: Aktivace receptoru epidermálního růstového faktoru autofosforylací. Převzato z Pecorina (2008)[1]
Obr. 2: Regulace Src-kinázy autofosforylací. Převzato z rámu (2002)[2]

Autofosforylace je typ posttranslační modifikace z bílkoviny. Obecně je definována jako fosforylace z kináza sám od sebe. v eukaryoty, k tomuto procesu dochází přidáním a fosfát seskupit do serin, threonin nebo tyrosin zbytky v proteinových kinázách, obvykle k regulaci katalytické aktivity.[3][4] Autofosforylace může nastat, když je kináza vlastní Aktivní stránky katalyzuje fosforylační reakci (cis autofosforylace), nebo když jiná kináza stejného typu poskytuje aktivní místo, které provádí chemii (trans autofosforylace). Ta druhá často nastává, když molekuly kinázy dimerizují.[3] Obecně jsou zavedené fosfátové skupiny gama fosfáty z nukleosid trifosfáty, nejčastěji ATP.[3]

Funkce

Proteinové kinázy, z nichž mnohé jsou regulovány autofosforylací, jsou životně důležité při řízení buněčné proliferace, diferenciace, metabolismu, migrace a přežití. Mutace v geny jejich kódování nebo jejich potenciální aktivátory nebo represory mohou ovlivnit libovolný počet funkcí v organismu.[3][4] Fosforylaci lze snadno zvrátit fosfatázy. Jedná se tedy o efektivní metodu zapínání a vypínání kinázové aktivity. Z tohoto důvodu je uznáván jako základní proces v buněčné signalizaci.[3] Přidání záporně nabité fosfátové skupiny způsobí změnu v mikroprostředí, která může vést k přitahování nebo odpuzování dalších zbytků nebo molekul.[3][4] Výsledkem může být konformační změna vystavení nebo skrytí katalytických nebo alosterických sedel z povrchu.[3] Pokud fosforylovaný zbytek spočívá v samotném katalytickém sedle, může to usnadnit nebo zabránit vazbě substrátu pomocí interakce náboje nebo poskytnutím nebo zabráněním doplňkových tvarů nezbytných pro molekulární rozpoznání.[3] Kromě toho fosfátová skupina poskytuje několik potenciálních oblastí pro vodíkové vazby nebo zřízení solných mostů, z nichž druhý obecně zahrnuje arginin zbytek.[3] [5]

Vazba efektorových molekul může být ovlivněna podobným způsobem, pokud je fosforylovaný zbytek součástí alosterická stránka.[3] Bylo také popsáno, že autofosforylace má vliv na schopnost buňky pro endocytózu a proteolýza.[5]

Proces a struktura

Kinázy jsou buď fosforylovány serin a / nebo threonin zbytky, nebo pouze na zbytcích tyrosinu.[5] To slouží jako prostředek pro jejich klasifikaci buď jako Ser / Thr- nebo Tyr-kinázy. Několik zbytků uvnitř primární struktura mohou být současně autofosforylovány. Fosfoacceptory často sídlí ve smyčkách v proteinové struktuře vhodně nazývané 'aktivační smyčky '.[3] Struktury některých autofosforylačních komplexů jsou známy z krystalů proteinových kináz, ve kterých fosforylační místo (Ser, Thr nebo Tyr) jednoho monomeru v krystalu sedí v aktivním místě jiného monomeru krystalu způsobem podobným známému struktury peptid-substrát / kináza.[6] Mezi známé struktury patří:

  • Tyrová fosforylační místa v juxtamembránových oblastech:
    • lidský cKIT, Tyr568 (PDB: 1PKG)[7]
    • lidský CSF1R, Tyr561 (PDB: 3LCD, homologní k místu cKIT)[6][8]
    • lidský EPHA2, Tyr594 (PDB: 4PDO, dva zbytky za místy cKIT a CSF1R)[6]
  • Tyr fosforylační místa v oblastech kinázových inzertů:
    • lidský FGFR1, Tyr583 (PDB: 3GQI)[9]
    • lidský FGFR3, Tyr577 (PDB: 4K33, homologní k místu FGFR1,[6] doménové rozhraní shodné se strukturou FGFR1)[10]
  • Tyr fosforylační místa v aktivačních smyčkách:
    • lidský IGF1R, Tyr1165 (PDB: 3D94)[11]
    • lidský IGF1R, Tyr1166 (PDB: 3LVP)[6][12]
    • lidská LCK, Tyr394 (PDB: 2PL0, homologní k místu IGF1R Tyr1165[6])[6][13]
  • Ser / Thr fosforylace weby v aktivačních smyčkách:
    • lidský PAK1, Thr423 (PDB: 3Q4Z, 4O0R, 4O0T, 4P90, 4ZLO, 4ZY4, 4ZY5, 4ZY6, 5DEY; struktury 4ZY4 a 4ZY5 poskytují úplné souřadnice smyčky aktivace substrátu[6])[6][14][15][16][17]
    • lidská IRAK4, Thr345 (PDB: 4U97, 4U9A)[18]
  • N nebo C terminální konce fosforylačních míst Ser / Thr:
    • C. elegans CaMKII, C-koncový ocas, Thr284 (PDB: 3KK8, 3KK9)[19]
    • lidský CaMKII, C-koncový ocas, Thr287 (PDB: 2WEL, homologní k místu C. elegans)[20]
    • lidská CLK2, N-koncový konec, Ser142 (PDB: 3NR9)[6]

Obecně platí, že struktury fosforylace vnitřních smyček zahrnují důležité kontakty doména-doména, které byly potvrzeny místně cílenou mutagenezí, zatímco fosforylace pozic v N nebo C koncových koncích více než 10 aminokyselin od kinázové domény ano nezahrnují důležité kontakty doména-doména od vazebného místa substrátu.[6]

Signální dráhy a trans-autofosforylace

Mezi řadou různých molekul, Receptorové tyrosinkinázy (RTK) hrají klíčovou roli při přenosu signálů prostřednictvím řady signální dráhy. Všechny RTK se skládají z extracelulárních ligand vazebná oblast, jediná transmembránová šroubovice a cytoplazmatická oblast (doména tyrosinkinázy). Před stimulací ligandem je většina RTK přítomna jako monomer na povrchu buněk. Vazba ligandu na extracelulární doménu indukuje dimerizace. Dimerizace RTK vede k autofosforylaci tyrosinu v katalytickém jádru dimeru a nakonec ke stimulaci aktivity tyrosinkinázy a buněčné signalizaci.[21] Jde tedy o příklad trans-autofosforylační reakce, kdy jedna receptorová podjednotka dimeru fosforyluje druhou podjednotku.[22]

Příklady RTK, které podléhají autofosforylaci

Receptor epidermálního růstového faktoru

Příkladem RTK, které procházejí autofosforylací, je Epidermální růstový faktor receptor (EGFR). EGFR byl prvním objeveným příkladem RTK. Po navázání ligandu nastává u monomerů EGFR konformační změna. To vede k dimerizaci EGFR.[21] Dimerizace přináší dva receptory do těsné blízkosti. To stimuluje kinázovou aktivitu EGFR, která vede k transautofosforylaci na více tyrosinových zbytcích na C-terminálním konci molekuly. Fosforylovaný tyrosinový zbytek pak může sloužit jako dokovací místo pro následné signální proteiny.[21] (Obr. 1).

Inzulínové receptory

Dalším příkladem je vazba inzulín na receptory inzulínu. Jakmile se inzulin uvolní do krevního oběhu, může se vázat na receptory na povrchu buněk ve svalech nebo jiných tkáních. Tento receptor je protein s (αβ) 2 kvartérní struktura. Dvě velké α-podjednotky jsou extracelulární, zatímco menší β-podjednotky mají transmembránovou doménu i extra- a intracelulární domény. Při absenci inzulínu jsou dvě intracelulární domény p podjednotek odděleny. Vazba na inzulín spouští konformační změnu v receptoru, která je přibližuje (dimerizace). Každá intracelulární doména β podjednotky je tyrosinkináza, která fosforyluje svého partnera v receptoru.[3]

Rakovina

Src kinázy

Kinázy rodiny Src jsou příklady proteinů, které využívají autofosforylaci k udržení aktivovaných stavů.[3] Src kinázy se účastní intracelulárních signálních drah, které ovlivňují růst buněk a sílu buněčné adheze. Ten druhý přispívá k řízení migrace buněk. Tímto způsobem může deregulace src-kinázy zvýšit růst nádoru a invazivní potenciál rakovinných buněk.[2] Aktivita src kináz je regulována jak fosforylací, tak intramolekulárními interakcemi zahrnujícími SH2 a SH3 domén. Pravděpodobný aktivační mechanismus src kinázy u rakoviny je následující:

  • 1. Src kináza je udržována v neaktivní formě vazbou SH2 na fosfotyrosin
  • 2. Defosforylace tyr-527 uvolňuje SH2 i SH3 doménu.
  • 3. Následná autofosforylace tyr-416 aktivuje kinázu.
  • 4. Konstitutivní aktivace src kinázy pozorovaná u rakoviny může být způsobena delecí tyr-527, vytěsněním interakcí zprostředkovaných SH3 a SH2 vysoce afinitními ligandy s neustále autofosforylovaným tyr-416.[2](Obr. 2).

Ataxia telangiectasia mutovaná kináza (ATM kináza)

ATM kináza, člen PI3 - rodina serin / threoninových kináz hraje zásadní roli při udržování stability genomu, což má zásadní význam pro přežití všech organismů. Využívá svůj účinek fosforylací cílových proteinů, jako je P53, MDM2 a chk2. Aktivaci ATM usnadňuje autofosforylace. Neaktivní ATM existuje jako dimer, kde je kinázová doména jednoho monomeru vázána na vnitřní doménu druhého monomeru, který obsahuje ser-1981. Bude proto nepřístupný pro buněčné substráty. V reakci na poškození DNA kinázová doména jednoho monomeru fosforyluje ser-1981 druhého interagujícího ATM, což vede k disociaci podjednotky a aktivaci ATM. Aktivovaný ATM spouští sled událostí včetně zastavení buněčného cyklu, což poskytuje čas na opravu poškozené DNA. Pokud je poškozená DNA neopravená, může to vést k buněčné smrti nebo genomové nestabilitě, rakovině a dalším patologiím.[23]

Viz také

Reference

  1. ^ Pecorino, L 2008, „Molekulární biologie rakoviny“, Oxford University Press Inc., New York, USA
  2. ^ A b C Frame MC (červen 2002). "Src u rakoviny: deregulace a důsledky pro chování buněk". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Recenze na rakovinu. 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 Petsko, GA a Ringe, D 2009, „Proteinová struktura a funkce“, Oxford University Press Inc., New York, USA
  4. ^ A b C Summers KC, Shen F, Sierra Potchanant EA, Phipps EA, Hickey RJ, Malkas LH (2011). „Fosforylace: molekulární přechod opravy dvouřetězcových zlomů“. International Journal of Proteomics. 2011: 373816. doi:10.1155/2011/373816. PMC  3200257. PMID  22084686.
  5. ^ A b C Smith JA, Francis SH, Corbin JD (listopad 1993). "Autofosforylace: hlavní rys proteinových kináz". Molekulární a buněčná biochemie. 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 (prosinec 2015). „Identifikace trojrozměrných struktur autofosforylačních komplexů v krystalech proteinových kináz“. Vědecká signalizace. 8 (405): rs13. doi:10.1126 / scisignal.aaa6711. PMC  4766099. PMID  26628682.
  7. ^ Mol CD, Lim KB, Sridhar V, Zou H, Chien EY, Sang BC, Nowakowski J, Kassel DB, Cronin CN, McRee DE (srpen 2003). „Struktura komplexu produktů c-kit odhaluje základ pro transaktivaci kinázy“. The Journal of Biological Chemistry. 278 (34): 31461–4. doi:10.1074 / jbc.C300186200. PMID  12824176.
  8. ^ Meyers MJ, Pelc M, Kamtekar S, den J, Poda GI, hala MK, Michener ML, Reitz BA, Mathis KJ, Pierce BS, Parikh MD, Mischke DA, Long SA, Parlow JJ, Anderson DR, Thorarensen A (březen 2010 ). „Návrh léku na základě struktury umožňuje konverzi inhibitoru kinázy CSF-1R vázajícího se na DFG na vazebný režim DFG-out“. Dopisy o bioorganické a léčivé chemii. 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 (srpen 2009). „Selektivita signalizace receptoru tyrosinkinázy je řízena vazebným místem sekundární domény SH2“. Buňka. 138 (3): 514–24. doi:10.1016 / j.cell.2009.05.028. PMC  4764080. PMID  19665973.
  10. ^ Huang Z, Chen H, Blais S, Neubert TA, Li X, Mohammadi M (říjen 2013). „Strukturální mimikry a-smyčkové fosforylace tyrosinu patogenní mutací FGF receptoru 3“. Struktura. 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 (červenec 2008). "Inhibice s malou molekulou a aktivační smyčka trans-fosforylace receptoru IGF1". Časopis EMBO. 27 (14): 1985–94. doi:10.1038 / emboj.2008.116. PMC  2486273. PMID  18566589.
  12. ^ Nemeček 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 (srpen 2010). "Návrh silných inhibitorů IGF1-R souvisejících s bis-azaindoly". Chemická biologie a design léčiv. 76 (2): 100–6. doi:10.1111 / j.1747-0285.2010.00991.x. PMID  20545947.
  13. ^ Jacobs MD, Caron PR, Hare BJ (březen 2008). "Klasifikace proteinových kinázových struktur vede použití profilů selektivity ligandů k předpovědi neaktivních konformací: struktura komplexu lck / imatinib". Proteiny. 70 (4): 1451–60. doi:10,1002 / prot. 21633. PMID  17910071.
  14. ^ Wang J, Wu JW, Wang ZX (prosinec 2011). "Strukturální pohledy na autoaktivační mechanismus proteinové kinázy aktivované p21". Struktura. 19 (12): 1752–61. doi: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 , Rudolph J, Tam C, Wang W, Xiao Y, Young A, Zhang Y, Hoeflich KP (únor 2014). „Flexibilita zadní kapsy poskytuje selektivitu kinázy skupiny II p21-aktivované kinázy (PAK) pro inhibitory kinázy typu I 1/2“. Journal of Medicinal Chemistry. 57 (3): 1033–45. doi:10.1021 / jm401768t. PMID  24432870.
  16. ^ Crawford JJ, Lee W, Aliagas I, Mathieu S, Hoeflich KP, Zhou W, Wang W, Rouge L, Murray L, La H, Liu N, Fan PW, Cheong J, Heise CE, Ramaswamy S, Mintzer R, Liu Y , Chao Q, Rudolph J (červen 2015). „Strukturovaný návrh selektivních inhibitorů kinázy p21 aktivovaných skupinou I“. Journal of Medicinal Chemistry. 58 (12): 5121–36. doi: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 (prosinec 2015). „Návrh selektivního inhibitoru PAK1 G-5555: Zlepšení vlastností využitím neortodoxní polární skupiny s nízkým pK“. Dopisy ACS pro léčivou chemii. 6 (12): 1241–6. doi:10.1021 / acsmedchemlett.5b00398. PMC  4677365. PMID  26713112.
  18. ^ Ferrao R, Zhou H, Shan Y, Liu Q, Li Q, Shaw DE, Li X, Wu H (září 2014). „Dimerizace IRAK4 a trans-autofosforylace jsou indukovány sestavením Myddosome“. Molekulární buňka. 55 (6): 891–903. doi:10.1016 / j.molcel.2014.08.006. PMC  4169746. PMID  25201411.
  19. ^ Chao LH, Pellicena P, Deindl S, Barclay LA, Schulman H, Kuriyan J (březen 2010). „Mezipodjednotkové zachycení regulačních segmentů je součástí kooperativní aktivace CaMKII“. Přírodní strukturní a molekulární biologie. 17 (3): 264–72. doi:10.1038 / nsmb.1751. PMC  2855215. PMID  20139983.
  20. ^ Rellos P, Pike AC, Niesen FH, Salah E, Lee WH, von Delft F, Knapp S (2010). „Struktura komplexu CaMKIIdelta / kalmodulin odhaluje molekulární mechanismus aktivace CaMKII kinázy“. PLOS Biology. 8 (7): e1000426. doi:10.1371 / journal.pbio.1000426. PMC  2910593. PMID  20668654.
  21. ^ A b C Bae JH, Schlessinger J (květen 2010). "Asymetrická uspořádání tyrosinkináz v aktivaci nebo autofosforylaci receptorových tyrosinkináz". Molekuly a buňky. 29 (5): 443–8. doi:10.1007 / s10059-010-0080-5. PMID  20432069.
  22. ^ C O P E, cytokiny a buňky online Pathfinder encyklopedie, Duben 2012
  23. ^ Bakkenist CJ, Kastan MB (leden 2003). „Poškození DNA aktivuje ATM prostřednictvím intermolekulární autofosforylace a disociace dimeru“. Příroda. 421 (6922): 499–506. Bibcode:2003 Natur.421..499B. doi:10.1038 / nature01368. PMID  12556884.