Protein kináza A - Protein kinase A
cAMP-dependentní protein kináza (Protein kináza A) | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Identifikátory | |||||||||
EC číslo | 2.7.11.11 | ||||||||
Číslo CAS | 142008-29-5 | ||||||||
Databáze | |||||||||
IntEnz | IntEnz pohled | ||||||||
BRENDA | Vstup BRENDA | ||||||||
EXPASY | Pohled NiceZyme | ||||||||
KEGG | Vstup KEGG | ||||||||
MetaCyc | metabolická cesta | ||||||||
PRIAM | profil | ||||||||
PDB struktur | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
|
v buněčná biologie, protein kináza A (PKA) je rodina enzymy jehož aktivita je závislá na buněčných úrovních cyklický AMP (tábor). PKA je také známá jako cAMP-dependentní protein kináza (ES 2.7.11.11 ). PKA má v buňce několik funkcí, včetně regulace glykogen, cukr, a lipid metabolismus.
Dějiny
Chemikálie objevili proteinovou kinázu A, přesněji známou jako adenosin 3 ', 5'-monofosfát (cyklický AMP) závislou proteinovou kinázu, zkráceně PKA Edmond H. Fischer a Edwin G. Krebs v roce 1968. Vyhráli Nobelova cena za fyziologii nebo medicínu v roce 1992 za práci na fosforylaci a defosforylaci a jak to souvisí s aktivitou PKA.[1]
PKA je jednou z nejvíce zkoumaných proteinové kinázy, částečně kvůli své jedinečnosti; z 540 různých genů proteinových kináz, které tvoří lidské kinom, pouze jedna další protein kináza, kasein kináza 2 Je známo, že existuje ve fyziologickém tetramerním komplexu, což znamená, že je tvořen čtyřmi podjednotkami.[2]
Rozmanitost savčích podjednotek PKA byla realizována poté, co Dr. Stan Knight a další identifikovali čtyři možné geny pro katalytickou podjednotku a čtyři regulační podjednotky. V roce 1991 Susan Taylor a kol. krystalizovala podjednotku PKA Ca, která odhalila bi-lalokovou strukturu jádra proteinové kinázy vůbec poprvé, což poskytlo plán pro všechny ostatní proteinové kinázy v genomu (kinom).[3]
Struktura
Když je neaktivní, holoenzym PKA existuje jako tetramer, který se skládá ze dvou regulačních podjednotky a dvě katalytické podjednotky. Katalytická podjednotka obsahuje aktivní místo, řadu kanonických zbytků nalezených v proteinové kinázy které se vážou a hydrolyzují ATP a doména, která váže regulační podjednotku. Regulační podjednotka má domény, které se váží na cyklický AMP, doménu, která interaguje s katalytickou podjednotkou, a autoinhibiční doménu. Existují dvě hlavní formy regulační podjednotky; RI a RII.[4]
Savčí buňky mají alespoň dva typy PKA: typ I je hlavně v cytosol, zatímco typ II je vázán prostřednictvím svých regulačních podjednotek a speciálních kotvících proteinů, popsaných v ukotvení sekce, do plazmatická membrána, jaderná membrána, mitochondriální vnější membrána, a mikrotubuly. U obou typů, jakmile se katalytické podjednotky uvolní a jsou aktivní, mohou migrovat do jádro (kde mohou fosforylovat regulační proteiny transkripce), zatímco regulační podjednotky zůstávají v cytoplazmě.[5]
Následující lidské geny kódují PKA podjednotky:
- katalytická podjednotka - PRKACA, PRKACB, PRKACG
- regulační podjednotka typ I - PRKAR1A, PRKAR1B
- regulační podjednotka typu II - PRKAR2A, PRKAR2B
Mechanismus
Aktivace
PKA je také běžně známá jako proteinkináza závislá na cAMP, protože se tradičně předpokládá, že je aktivována uvolňováním katalytických podjednotek, když hladiny druhý posel volala cyklický adenosinmonofosfát nebo cAMP, vzrůst v reakci na různé signály. Nedávné studie hodnotící intaktní holoenzymové komplexy, včetně regulačních signálních komplexů vázaných na AKAP, však naznačují, že lokální subcelulární aktivace katalytické aktivity PKA může probíhat bez fyzické separace regulačních a katalytických složek, zejména při fyziologických koncentracích cAMP .[6][7] Naproti tomu experimentálně indukované supra fyziologické koncentrace cAMP, což znamená vyšší než normálně pozorované v buňkách, jsou schopné způsobit oddělení holoenzymů a uvolnění katalytických podjednotek.[6]
Extracelulární hormony, jako např glukagon a epinefrin zahájit intracelulární signální kaskádu, která spouští aktivaci proteinkinázy A první vazbou na a Receptor spojený s G proteinem (GPCR) na cílové buňce. Když je GPCR aktivován svým extracelulárním ligandem, a konformační změna je indukován v receptoru, který je přenášen na připojený intracelulární heterotrimerní komplex G proteinu podle dynamika proteinové domény. The Gs alfa podjednotka stimulovaných výměn komplexu G proteinu HDP pro GTP v reakci katalyzované GPCR a uvolňuje se z komplexu. Aktivovaná podjednotka Gs alfa se váže na a aktivuje enzym zvaný adenylyl cykláza, což zase katalyzuje přeměnu ATP do cAMP, což přímo zvyšuje hladinu cAMP. Čtyři molekuly cAMP jsou schopné vázat se na dvě regulační podjednotky. To se provádí dvěma molekulami cAMP, které se váží na každé ze dvou vazebných míst cAMP (CNB-B a CNB-A), což indukuje konformační změnu regulačních podjednotek PKA, což způsobí, že podjednotky odpojí a uvolní dvě, nyní aktivované, katalytické podjednotky.[8]
Po uvolnění z inhibiční regulační podjednotky mohou katalytické podjednotky pokračovat do fosforylát řada dalších proteinů v kontextu minimálního substrátu Arg-Arg-X-Ser / Thr.,[9] i když stále podléhají dalším vrstvám regulace, včetně modulace tepelně stabilním inhibitorem pseudosubstrátu PKA, nazývaným PKI.[7][10]
Níže je uveden seznam kroků aktivace PKA:
- Cytosolický tábor zvyšuje
- Dvě molekuly cAMP se vážou na každou regulační podjednotku PKA
- Regulační podjednotky se pohybují z aktivních míst katalytických podjednotek a komplex R2C2 disociuje
- Volné katalytické podjednotky interagují s proteiny za účelem fosforylace zbytků Ser nebo Thr.
Katalýza
Uvolněné katalytické podjednotky pak mohou katalyzovat přenos terminálních fosfátů ATP na protein substráty na serin nebo threonin zbytky. Tento fosforylace obvykle vede ke změně aktivity substrátu. Protože PKA jsou přítomny v různých buňkách a působí na různé substráty, PKA regulace a cAMP regulace jsou zapojeny do mnoha různých drah.
Mechanismy dalších účinků lze rozdělit na přímou fosforylaci proteinů a syntézu proteinů:
- Při přímé fosforylaci bílkovin PKA přímo zvyšuje nebo snižuje aktivitu proteinu.
- Při syntéze bílkovin se PKA nejprve přímo aktivuje CREB, který váže cAMP prvek odezvy (CRE), změna transkripce a tedy syntéza proteinu. Obecně tento mechanismus trvá déle (hodiny až dny).
Fosforylační mechanismus
Serin / threoninový zbytek peptidu substrátu je orientován takovým způsobem, že hydroxylová skupina čelí gama fosfátové skupině navázané molekuly ATP. Substrát, ATP a dva ionty Mg2 + vytvářejí intenzivní kontakty s katalytickou podjednotkou PKA. V aktivní konformaci se spirála C sbalí proti N-terminálnímu laloku a aspartátový zbytek konzervovaného motivu DFG chelatuje ionty Mg2 +, což pomáhá při umístění substrátu ATP. Trifosfátová skupina ATP ukazuje z adenosinové kapsy pro přenos gama-fosfátu na serin / treonin peptidového substrátu. Existuje několik konzervovaných zbytků, včetně Glutamátu (E) 91 a Lysinu (K) 72, které zprostředkovávají umístění alfa- a beta-fosfátových skupin. Hydroxylová skupina serin / threoninu peptidového substrátu napadá gama fosfátovou skupinu na fosforu prostřednictvím nukleofilní reakce SN2, což vede k přenosu terminálního fosfátu na peptidový substrát a štěpení fosfodiesterové vazby mezi beta-fosfátem a gama-fosfátové skupiny. PKA funguje jako model porozumění protein kináza biologie, přičemž poloha konzervovaných zbytků pomáhá rozlišovat aktivní protein kináza a neaktivní pseudokináza členové lidského kinomu.
Inaktivace
Downregulace proteinkinázy A nastává mechanismem zpětné vazby a využívá řadu hydrolyzujících cAMP fosfodiesteráza (PDE) enzymy, které patří k substrátům aktivovaným PKA. Fosfodiesteráza rychle převádí cAMP na AMP, čímž snižuje množství cAMP, které může aktivovat protein kinázu A. PKA je také regulována komplexní řadou fosforylačních událostí, které mohou zahrnovat modifikaci autofosforylací a fosforylaci regulačními kinázami, jako je PDK1.[7]
PKA je tedy částečně ovládána úrovněmi tábor. Také samotná katalytická podjednotka může být down-regulována fosforylací.
Kotviště
Dimer regulační podjednotky PKA je důležitý pro lokalizaci kinázy uvnitř buňky. Dimerizační a dokovací (D / D) doména dimeru se váže na doménu vázající A-kinázu (AKB) A-kinázový kotevní protein (AKAP). AKAP lokalizují PKA na různá místa (např. Plazmatická membrána, mitochondrie atd.) V buňce.
AKAP vážou mnoho dalších signálních proteinů a vytvářejí velmi účinný signalizační uzel na určitém místě v buňce. Například AKAP umístěný v blízkosti jádra buňky srdečního svalu by vážil jak PKA, tak fosfodiesterázu (hydrolyzuje cAMP), což umožňuje buňce omezit produktivitu PKA, protože katalytická podjednotka je aktivována, jakmile se cAMP váže na regulační podjednotky.
Funkce
PKA fosforyluje bílkoviny které mají exponovaný motiv Arginin-Arginin-X-Serin, což zase (de) aktivuje proteiny. Existuje mnoho možných substrátů PKA; seznam těchto substrátů je k dispozici a udržuje jej NIH.[11]
Protože se proteinová exprese liší od typu buňky k typu buňky, budou proteiny, které jsou k dispozici pro fosforylaci, záviset na buňce, ve které je PKA přítomna. Účinky aktivace PKA se tedy liší typ buňky:
Přehledová tabulka
V adipocytech a hepatocytech
Adrenalin a glukagon ovlivňují aktivitu proteinkinázy A změnou hladin cAMP v buňce pomocí mechanismu G-proteinu pomocí adenylátcykláza. Proteinkináza A působí na fosforylaci mnoha enzymů důležitých v metabolismu. Například protein kináza A fosforyluje acetyl-CoA karboxyláza a pyruvátdehydrogenáza. Taková kovalentní modifikace má inhibiční účinek na tyto enzymy, čímž inhibuje lipogeneze a propagační síť glukoneogeneze. Inzulin na druhé straně snižuje hladinu fosforylace těchto enzymů, což místo toho podporuje lipogenezi. Připomeňme, že v myocytech nedochází k glukoneogenezi.
V nucleus accumbens neurony
PKA pomáhá přenášet / překládat dopamin signál do buněk v nucleus accumbens, který zprostředkovává odměnu, motivaci a hlavní úkol. Drtivá většina vnímání odměn zahrnuje aktivaci neuronů v nucleus accumbens, mezi něž patří například sex, rekreační drogy a jídlo. Protein kináza Cesta signální transdukce pomáhá při modulaci spotřeby ethanolu a jeho sedativních účinků. Studie na myších uvádí, že myši s geneticky sníženou signalizací cAMP-PKA vedou k menší spotřebě ethanolu a jsou citlivější na jeho sedativní účinky.[18]
V kosterním svalu
Po připojení je PKA směrována do konkrétních subcelulárních umístění AKAP. Ryanodinový receptor (RyR) se lokalizuje společně se svalovou AKAP a RyR fosforylací a odtokem Ca2+ se zvyšuje lokalizací PKA na RyR pomocí AKAP.[19]
V srdečním svalu
V kaskádě zprostředkované a GPCR známý jako β1 adrenoreceptor, aktivováno katecholaminy (zejména norepinefrin ), PKA se aktivuje a fosforyluje řadu cílů, jmenovitě: Vápníkové kanály typu L., fosfolamban, troponin I., protein vázající myosin C., a draslíkové kanály. To se zvyšuje inotropie stejně jako lusitropy, zvyšuje kontrakční sílu a umožňuje svalům rychlejší relaxaci.[20][21]
Při formování paměti
PKA byla vždy považována za důležitou při tvorbě a Paměť. V ovocný let „Snížení expresní aktivity DCO (gen kódující katalytickou podjednotku PKA) může způsobit vážné poruchy učení, střednědobou paměť a krátkodobou paměť. Dlouhodobá paměť závisí na transkripčním faktoru CREB, regulovaném PKA. Studie provedená na drosophile uvádí, že zvýšení aktivity PKA může ovlivnit krátkodobou paměť. Snížení aktivity PKA o 24% však inhibovalo schopnosti učení a pokles o 16% ovlivnilo schopnost učení i uchování paměti. Tvorba normální paměti je vysoce citlivá na úrovně PKA.[22]
Viz také
- Protein kináza
- Transdukce signálu
- Receptor spojený s G proteinem
- Serin / threonin-specifická protein kináza
- Myosinová kináza lehkého řetězce
- cesta závislá na cAMP
Reference
- ^ Knighton, D. R .; Zheng, J. H .; Ten Eyck, L. F .; Xuong, N.H .; Taylor, S. S .; Sowadski, J. M. (1991-07-26). "Struktura peptidového inhibitoru navázaného na katalytickou podjednotku cyklické adenosinmonofosfát-dependentní protein kinázy". Věda. 253 (5018): 414–420. doi:10.1126 / science.1862343. ISSN 0036-8075. PMID 1862343.
- ^ Turnham, Rigney E .; Scott, John D. (2016-02-15). "Protein kináza A, katalytická podjednotka, izoforma PRKACA; historie, funkce a fyziologie". Gen. 577 (2): 101–108. doi:10.1016 / j.gene.2015.11.052. PMC 4713328. PMID 26687711.
- ^ Manning, G .; Whyte, D. B .; Martinez, R .; Hunter, T .; Sudarsanam, S. (06.12.2002). "Proteinový kinázový doplněk lidského genomu". Věda. 298 (5600): 1912–1934. doi:10.1126 / science.1075762. ISSN 1095-9203. PMID 12471243.
- ^ Bauman AL, Scott JD (srpen 2002). „Proteiny ukotvující kinázu a fosfatázu: využití dynamického dua“. Přírodní buněčná biologie. 4 (8): E203–6. doi:10.1038 / ncb0802-e203. PMID 12149635.
- ^ Alberts, Bruce. Molekulární biologie buňky (Šesté vydání). New York. str. 835. ISBN 978-0-8153-4432-2. OCLC 887605755.
- ^ A b Smith, FD; Esseltine, JL; Nygren, PJ; Veesler, D; Byrne, DP; Vonderach, M; Strashnov, I; Eyers, CE; Eyers, PA; Langeberg, LK; Scott, JD (2017). „Akce lokální proteinkinázy A probíhá prostřednictvím neporušených holoenzymů“. Věda. 356 (6344): 1288–1293. doi:10.1126 / science.aaj1669. PMC 5693252. PMID 28642438.
- ^ A b C Byrne, DP; Vonderach, M; Trajekty, S; Brownridge, PJ; Eyers, CE; Eyers, PA (2016). „cAMP-dependentní protein kinázové (PKA) komplexy sondované doplňkovou diferenciální skenovací fluorimetrií a iontovou mobilitou-hmotnostní spektrometrií“. Biochemical Journal. 473 (19): 3159–3175. doi:10.1042 / bcj20160648. PMC 5095912. PMID 27444646.
- ^ Lodish; et al. (2016). „15,5“. Molekulární buněčná biologie (8. vydání). W.H. Freeman a společnost. str. 701. ISBN 978-1-4641-8339-3.
- ^ Voet, Voet & Pratt (2008). Základy biochemie, 3. vydání. Wiley. Str. 432
- ^ Scott, JD; Glaccum, MB; Fischer, EH; Krebs, EG (1986). „Požadavky na primární strukturu pro inhibici tepelně stabilním inhibitorem cAMP-dependentní protein kinázy“. PNAS. 83 (6): 1613–1616. doi:10.1073 / pnas.83.6.1613. PMC 323133. PMID 3456605.
- ^ „PKA substráty“. NIH.
- ^ A b C d E Rang HP (2003). Farmakologie. Edinburgh: Churchill Livingstone. ISBN 978-0-443-07145-4. Stránka 172
- ^ Rodriguez P, Kranias EG (prosinec 2005). „Fosfolamban: klíčový determinant srdečních funkcí a dysfunkce“. Archives des Maladies du Coeur et des Vaisseaux. 98 (12): 1239–43. PMID 16435604.
- ^ A b C d E Boron WF, Boulpaep EL (2005). Lékařská fyziologie: buněčný a molekulární přístup (Aktualizováno vyd.). Philadelphia, Pa .: Elsevier Saunders. str. 842. ISBN 978-1-4160-2328-9.
- ^ Boron WF, Boulpaep EL (2005). Lékařská fyziologie: buněčný a molekulární přístup (Aktualizováno vyd.). Philadelphia, Pa .: Elsevier Saunders. str. 844. ISBN 978-1-4160-2328-9.
- ^ Boron WF, Boulpaep EL (2005). Lékařská fyziologie: buněčný a molekulární přístup (Aktualizováno vyd.). Philadelphia, Pa .: Elsevier Saunders. str. 852. ISBN 978-1-4160-2328-9.
- ^ A b C d Boron WF, Boulpaep EL (2005). Lékařská fyziologie: buněčný a molekulární přístup (Aktualizováno vyd.). Philadelphia, Pa .: Elsevier Saunders. str. 867. ISBN 978-1-4160-2328-9.
- ^ Hůlka, Gary; Levine, Michael; Zweifel, Larry; Schwindinger, William; Abel, Ted (2001-07-15). „Cesta cAMP – proteinkináza A signální transdukce moduluje spotřebu etanolu a sedativní účinky ethanolu“. Journal of Neuroscience. 21 (14): 5297–5303. doi:10.1523 / JNEUROSCI.21-14-05297.2001. ISSN 0270-6474. PMID 11438605.
- ^ Ruehr, Mary L .; Russell, Mary A .; Ferguson, Donald G .; Bhat, Manju; Ma, Jianjie; Damron, Derek S .; Scott, John D .; Bond, Meredith (04.07.2003). "Cílení proteinkinázy A na sval A Protein kotvící kinázou (mAKAP) reguluje fosforylaci a funkci kosterního svalu Ryanodinový receptor". Journal of Biological Chemistry. 278 (27): 24831–24836. doi:10,1074 / jbc.M213279200. ISSN 0021-9258. PMID 12709444.
- ^ Shah, Ajay M .; Solaro, R. John; Layland, Joanne (01.04.2005). „Regulace srdeční kontraktilní funkce fosforylací troponinu I“. Kardiovaskulární výzkum. 66 (1): 12–21. doi:10.1016 / j.cardiores.2004.12.022. ISSN 0008-6363. PMID 15769444.
- ^ Boron, Walter F .; Boulpaep, Emile L. (2012). Lékařská fyziologie: buněčný a molekulární přístup. Boron, Walter F. ,, Boulpaep, Emile L. (Aktualizováno druhé vydání). Philadelphia, PA. ISBN 9781437717532. OCLC 756281854.
- ^ Horiuchi, Junjiro; Yamazaki, Daisuke; Naganos, Shintaro; Aigaki, Toshiro; Saitoe, Minoru (2008-12-30). „Protein kináza A inhibuje konsolidovanou formu paměti v Drosophile“. Sborník Národní akademie věd. 105 (52): 20976–20981. doi:10.1073 / pnas.0810119105. ISSN 0027-8424. PMC 2634933. PMID 19075226.
externí odkazy
- Cyklické + závislé na AMP + protein + kinázy v americké národní lékařské knihovně Lékařské předměty (Pletivo)
- Drosophila cAMP-dependentní protein kináza 1 - Interaktivní létání
- cAMP-dependentní protein kináza: PDB molekula měsíce
- Přehled všech strukturálních informací dostupných v PDB pro UniProt: P25321 (katalytická podjednotka alfa závislá na proteinkináze cAMP) na PDBe-KB.