Rho-asociovaná protein kináza - Rho-associated protein kinase - Wikipedia

SKÁLA
3d9v bio r 500.jpg
Krystalová struktura člověka ROCK I
Identifikátory
SymbolRho-asociovaná protein kináza
Alt. symbolyRho asociovaná proteinová kináza se spirálovým vinutím
Gen NCBI579202
Další údaje
EC číslo2.7.11.1

Rho-asociovaná protein kináza (SKÁLA) je kináza patřící do rodiny AGC (PKA / PKG / PKC) serin-threoninkinázy. Podílí se hlavně na regulaci tvaru a pohybu buněk působením na cytoskelet.

ROCK (ROCK1 a ROCK2 ) se vyskytují u savců (člověk, potkan, myš, kráva), zebrafish, Xenopus, bezobratlí (C. elegans, komár, Drosophila ) a kuře. Human ROCK1 má molekulová hmotnost ze dne 158kDa a je hlavním následným efektorem malého GTPáza RhoA. Savčí ROCK se skládá z kinázové domény, a svinutá cívka region a Pleckstrinova homologie (PH) doména, která snižuje kinázovou aktivitu ROCKů o autoinhibiční intramolekulární záhyb, pokud není přítomen RhoA-GTP.[1][2]

Krysy ROCK byly objeveny jako první efektory Rho a indukují tvorbu stresová vlákna a fokální adheze fosforylací MLC (lehký řetězec myosinu).[3]Kvůli tomu fosforylace, aktin vazba myosin II a tedy kontraktilita zvyšuje. Dvě izoformy myší ROCK ROCK1 a ROCK2 byly identifikovány. ROCK1 je vyjádřen hlavně v plíce, játra, slezina, ledviny a varle. ROCK2 je však distribuován většinou v mozek a srdce.[1][2][4]

Protein kináza C. a Rho-asociovaná protein kináza jsou zapojeny do regulace příjmu iontů vápníku; tyto ionty vápníku zase stimulují kinázu lehkého řetězce myosinu a nutí kontrakci.[5]

Funkce

Obr. 1 Role a regulace ROCK

ROCK hraje roli v široké škále různých buněčných jevů, protože ROCK je následný efektorový protein malé GTPáza Rho, který je jedním z hlavních regulátorů cytoskelet.

1. ROCK je klíčovým regulátorem organizace aktinů a tedy regulátorem migrace buněk jak následuje:

Různé substráty mohou být fosforylovány ROCKy, včetně LIM kináza, myosin lehký řetězec (MLC) a MLC fosfatáza. Tyto substráty, jakmile jsou fosforylovány, regulují organizaci a kontraktilitu aktinových vláken následovně:[2]

  • Množství aktinových vláken

ROCK nepřímo inhibuje depolymerizaci aktinových vláken: ROCK fosforyluje a aktivuje se LIM kináza, což zase fosforyluje ADF / cofilin, čímž deaktivuje svou aktin-depolymerizační aktivitu. To má za následek stabilizaci aktinových vláken a zvýšení jejich počtu. Postupem času se tak omezují aktinové monomery, které jsou nutné pro pokračování polymerace aktinu pro migraci. Zvýšená stabilní aktinová vlákna a ztráta aktinových monomerů přispívají ke snížení buněčné migrace.[2][6]

  • Buněčná kontraktilita

ROCK také reguluje buněčnou migraci podporou buněčných kontrakce a tedy kontakty buňky a substrátu. ROCK zvyšuje aktivitu motorického proteinu myosin II dvěma různými mechanismy:

  • Za prvé, fosforylace lehkého řetězce myosinu (MLC ) zvyšuje myosin II ATPáza aktivita. Několik sdružených a aktivních myosinů, které jsou asynchronně aktivní na několika aktinových filamentech, tedy posouvá aktinová filamenta proti sobě, což vede k čistému zkratu aktinových vláken.
  • Za druhé, ROCK deaktivuje MLC fosfatáza, což vede ke zvýšeným hladinám fosforylovaného MLC.

V obou případech tedy ROCK aktivace Rho indukuje tvorbu aktinu stresová vlákna svazky aktinových vláken s opačnou polaritou, obsahující myosin II, tropomyosin, caldesmon a MLC-kinázu, a v důsledku toho fokální kontakty, které jsou nezralé integrin - adhezní body založené na extracelulárním substrátu.[2][7]

2. Další funkce a cíle

  • RhoA-GTP stimuluje aktivitu fosfolipid fosfatázy PTEN (fosfatáza a tenzinový homolog), člověk nádor supresorový protein. Zdá se, že tato stimulace závisí na ROCKU.[8][9] Tímto způsobem je PTEN důležitý, aby se zabránilo nekontrolovanému buněčnému dělení, které se projevuje v rakovinných buňkách.
  • ROCK hraje důležitou roli v řízení buněčného cyklu, zdá se, že inhibuje předčasné oddělení obou centrioly v G1 a navrhuje se, aby byl vyžadován pro kontrakci štěpné brázdy, která je nezbytná pro dokončení cytokineze.[2][10][11][12][13][14]
  • Zdá se, že ROCK také znepřátelují inzulín signální dráhy, což má za následek zmenšení velikosti buňky a ovlivnění osudu buňky.[2]
  • ROCKS hrají roli v blábnutí membrány, morfologická změna pozorovaná v buňkách spáchaných apoptóza. Proapoptotická proteáza, kaspáza 3, aktivuje aktivitu ROCK kinázy štěpením C-koncové PH domény. Ve výsledku je zrušen autoinhibiční intramolekulární záhyb ROCK. ROCK také reguluje MLC fosforylaci a kontraktilitu aktomyosinu, které regulují tvorbu membrány.[2]
  • ROCK přispívají k neurit zatažení indukcí růstový kužel kolaps aktivací kontraktility aktomyosinu. Je také možné, že fosforylace kolapsinového mediátoru odezvy proteinu-2 (CRMP2) pomocí ROCK inhibuje funkci CRPM2 podporující růst axonů, což vede ke kolapsu růstového kužele.[2]
  • ROCK regulují adhezi mezi buňkami: Zdá se, že ztráta aktivity ROCK vede ke ztrátě integrity těsného spojení v endotelových buňkách. Zdá se, že v epitelových buňkách inhibice ROCK snižuje integritu těsného spojení. Zdá se, že aktivní ROCK v těchto buňkách stimuluje narušení kontaktů buněk a buněk zprostředkovaných E-kadherinem aktivací kontraktility aktomyosinu.[2]

3. Další ROCK cíle

  • NHE1 (sodíkový vodíkový výměník, podílí se na fokálních adhezích a organizaci aktinu)
  • meziproduktové vláknité proteiny: Vimentin, GFAP (kyselý protein gliální fibrilární kyseliny), NF-L (neurofilamentový L protein)
  • Proteiny vázající F-aktin: Adducin, EF-1 a alfa (elongační faktor, translační kofaktor), MARCKS (myristylovaný substrát C kinázy bohatý na alanin), kaponin (neznámá funkce) a ERM (podílí se na vazbě aktinového cytoskeltonu plazmatická membrána).

Homologové

Rho-asociovaná, spirálovitě vinutá proteinová kináza 1
Identifikátory
SymbolROCK1
Gen NCBI6093
HGNC10251
OMIM601702
RefSeqNM_005406
UniProtQ13464
Rho-asociovaná, coiled-coil-obsahující protein kináza 2
Identifikátory
SymbolROCK2
Gen NCBI9475
HGNC10252
OMIM604002
RefSeqNM_004850
UniProtO75116

Dvě myší ROCK izoformy, ROCK1 a ROCK2, mají vysoké homologie. Mají 65% aminokyselina společné sekvence a 92% homologie v jejich kinázových doménách.[1][4]

ROCK jsou homologní s jinými metazoan kinázami, jako je myotonická dystrofie kináza (DMPK ), Protein DMPK související s buněčným dělením 42 (Cdc42 ) vazebné kinázy (MRCK) a citron kináza. Všechny tyto kinázy se skládají z N-terminální kinázové domény, struktury coiled-coil a dalších funkčních motivy na C-konci [2]

Nařízení

ROCK je následná efektorová molekula Rho GTPáza Rho, který zvyšuje aktivitu ROCK kinázy, když je na ni navázán.

Autoinhibice

Aktivita ROCK je regulována narušením intramolekulární autoinhibice. Obecně se struktura ROCK proteinů skládá z N-terminální kinázové domény, navinuté oblasti a PH domény obsahující na C-konci doménu bohatou na cysteiny (CRD). Rho-vazebná doména (RBD) je umístěna v těsné blízkosti těsně před doménou PH.

Aktivita kinázy je inhibována intramolekulární vazba mezi C-terminálním klastrem RBD domény a Doména PH do N-terminální kinázové domény ROCK. Aktivita kinázy je tedy vypnutá, když je ROCK intramolekulárně složen. Aktivita kinázy se zapne, když se Rho-GTP váže na Rho-vazebnou doménu ROCK, čímž se naruší autoinhibiční interakce v ROCK, což osvobodí kinázovou doménu, protože ROCK již není dále intramolekulárně složen.[2]

Ostatní regulační orgány

Ukázalo se také, že Rho není jediný aktivátor ROCK. ROCK může být regulován zejména lipidy kyselina arachidonová a bílkoviny oligomerizace, která indukuje N-koncovou transfosforylaci.[2]

Choroba

Výzkum za poslední dvě desetiletí ukázal, že ROCK signalizace hraje důležitou roli u mnoha nemocí včetně kardiovaskulární onemocnění,[15][16] neurodegenerativní onemocnění, jako je Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba, a Amyotrofní laterální skleróza,[17] a rakovina.[18] Například ROCK má hypotézu, že hraje důležitou roli v pleiotropní účinky statinů. ROCK1 / 2 spolu s MRCKα / β kinázami se podílejí na plasticitě migrace rakovinných buněk, což je fenomén, který poskytuje výhodu přežití rakovinným buňkám během léčby léky (odolnost vůči lékům ).[19]

Vědci se vyvíjejí Inhibitory ROCK pro léčbu různých nemocí včetně rakoviny.[20][21] Například takové léky mají potenciál zabránit šíření rakoviny blokováním migrace buněk a zastavením šíření rakovinných buněk do sousední tkáně.[1]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d Hahmann C, Schroeter T (leden 2010). "Inhibitory rho-kinázy jako terapeutika: od inhibice pánve po izoformní selektivitu". Buněčné a molekulární biologické vědy. 67 (2): 171–7. doi:10.1007 / s00018-009-0189-x. PMID  19907920. S2CID  6445354.
  2. ^ A b C d E F G h i j k l m Riento K, Ridley AJ (červen 2003). "Skály: multifunkční kinázy v chování buněk". Recenze přírody. Molekulární buněčná biologie. 4 (6): 446–56. doi:10.1038 / nrm1128. PMID  12778124. S2CID  40665081.
  3. ^ Leung T, Chen XQ, Manser E, Lim L (říjen 1996). „Kináza RO1 alfa vázající se na RhoA p160 je členem rodiny kináz a podílí se na reorganizaci cytoskeletu.“. Molekulární a buněčná biologie. 16 (10): 5313–27. doi:10,1128 / mcb.16.10.5313. PMC  231530. PMID  8816443.
  4. ^ A b Nakagawa O, Fujisawa K, Ishizaki T, Saito Y, Nakao K, Narumiya S (srpen 1996). „ROCK-I a ROCK-II, dvě izoformy Rho asociované cívkové cívky tvořící protein serin / threonin kinázu u myší“. FEBS Dopisy. 392 (2): 189–93. doi:10.1016/0014-5793(96)00811-3. PMID  8772201. S2CID  6684411.
  5. ^ Anjum I (červen 2018). "Mechanismy senzibilizace vápníku v hladkých svalech detruzoru". Časopis základní a klinické fyziologie a farmakologie. 29 (3): 227–235. doi:10.1515 / jbcpp-2017-0071. PMID  29306925. S2CID  20486807.
  6. ^ Maekawa M, Ishizaki T, Boku S, Watanabe N, Fujita A, Iwamatsu A, Obinata T, Ohashi K, Mizuno K, Narumiya S (srpen 1999). "Signalizace z Rho do aktinového cytoskeletu prostřednictvím proteinových kináz ROCK a LIM-kinázy". Věda. 285 (5429): 895–8. doi:10.1126 / science.285.5429.895. PMID  10436159.
  7. ^ Wang Y, Zheng XR, Riddick N, Bryden M, Baur W, Zhang X, Surks HK (únor 2009). "Regulace ROCK izoformy myosin fosfatázy a kontraktility v buňkách hladkého svalstva cév". Výzkum oběhu. 104 (4): 531–40. doi:10.1161 / CIRCRESAHA.108.188524. PMC  2649695. PMID  19131646.
  8. ^ Li Z, Dong X, Dong X, Wang Z, Liu W, Deng N, Ding Y, Tang L, Hla T, Zeng R, Li L, Wu D (duben 2005). "Regulace PTEN malými RTPázami Rho". Přírodní buněčná biologie. 7 (4): 399–404. doi:10.1038 / ncb1236. PMID  15793569. S2CID  19316266.
  9. ^ „Entrez Gene: PTEN fosfatáza a homolog tensinu (mutovaný v několika pokročilých rakovinách 1)“.
  10. ^ Gao SY, Li CY, Chen J, Pan L, Saito S, Terashita T, Saito K, Miyawaki K, Shigemoto K, Mominoki K, Matsuda S, Kobayashi N (2004). „Rho-ROCK signální dráha reguluje tvorbu procesu na základě mikrotubulů kultivovaných podocytů - inhibice prodloužení procesu podporovaného ROCK“. Nephron Experimentální nefrologie. 97 (2): e49–61. doi:10.1159/000078406. PMID  15218323. S2CID  45342422.
  11. ^ Drechsel DN, Hyman AA, hala A, Glotzer M (leden 1997). "Požadavek na Rho a Cdc42 během cytokineze u embryí Xenopus". Aktuální biologie. 7 (1): 12–23. doi:10.1016 / S0960-9822 (06) 00023-6. PMID  8999996. S2CID  16144917.
  12. ^ Kosako H, Yoshida T, Matsumura F, Ishizaki T, Narumiya S, Inagaki M (prosinec 2000). „Rho-kináza / ROCK se podílí na cytokinéze prostřednictvím fosforylace lehkého řetězce myosinu a nikoli proteinů ezrin / radixin / moesin v brázdě štěpení“. Onkogen. 19 (52): 6059–64. doi:10.1038 / sj.onc.1203987. PMID  11146558. S2CID  39115039.
  13. ^ Yasui Y, Amano M, Nagata K, Inagaki N, Nakamura H, Saya H, Kaibuchi K, Inagaki M (listopad 1998). "Role Rho-asociované kinázy v cytokinéze; mutace v Rho-asociovaných kinázových fosforylačních místech zhoršují cytokinetickou segregaci gliových vláken". The Journal of Cell Biology. 143 (5): 1249–58. doi:10.1083 / jcb.143.5.1249. PMC  2133074. PMID  9832553.
  14. ^ Piekny AJ, Mains PE (červen 2002). „Rho-vazebná kináza (LET-502) a myosin fosfatáza (MEL-11) regulují cytokinézu v časném embryu rané Caenorhabditis elegans“. Journal of Cell Science. 115 (Pt 11): 2271–82. PMID  12006612.
  15. ^ Sladojevic N, Yu B, Liao JK (prosinec 2017). „ROCK jako terapeutický cíl pro ischemickou cévní mozkovou příhodu“. Odborná recenze Neurotherapeutics. 17 (12): 1167–1177. doi:10.1080/14737175.2017.1395700. PMC  6221831. PMID  29057688.
  16. ^ Yu B, Sladojevic N, Blair JE, Liao JK (leden 2020). "Cílení na Rho asociované stočené cívky tvořící protein kinázu (ROCK) při kardiovaskulární fibróze a tuhnutí". Znalecký posudek na terapeutické cíle. 24 (1): 47–62. doi:10.1080/14728222.2020.1712593. ISSN  1744-7631. PMC  7662835. PMID  31906742. S2CID  210043399.
  17. ^ Chong CM, Ai N, Lee SM (2017). „ROCK v CNS: Různé role izoforem a terapeutický cíl pro neurodegenerativní poruchy“. Aktuální drogové cíle. 18 (4): 455–462. doi:10.2174/1389450117666160401123825. ISSN  1873-5592. PMID  27033194.
  18. ^ Wei L, Surma M, Shi S, Lambert-Cheatham N, Shi J (srpen 2016). „Nové poznatky o rolích Rho kinázy v rakovině“. Archivum Immunologiae et Therapiae Experimentalis. 64 (4): 259–78. doi:10.1007 / s00005-015-0382-6. PMC  4930737. PMID  26725045.
  19. ^ Kale, Vijay Pralhad; Hengst, Jeremy A .; Desai, Dhimant H .; Amin, Shantu G .; Yun, Jong K. (01.06.2015). „Regulační role ROCK a MRCK kináz v plasticitě migrace rakovinných buněk“. Dopisy o rakovině. 361 (2): 185–196. doi:10.1016 / j.canlet.2015.03.017. ISSN  0304-3835. PMID  25796438.
  20. ^ Kale, Vijay Pralhad; Hengst, Jeremy A .; Desai, Dhimant H .; Dick, Taryn E .; Choe, Katherine N .; Colledge, Ashley L .; Takahashi, Yoshinori; Sung, Shen-Shu; Amin, Shantu G .; Yun, Jong K. (2014-11-28). „Nový selektivní multikinázový inhibitor ROCK a MRCK účinně blokuje migraci a invazi rakovinných buněk“. Dopisy o rakovině. 354 (2): 299–310. doi:10.1016 / j.canlet.2014.08.032. ISSN  0304-3835. PMC  4182185. PMID  25172415.
  21. ^ Feng Y, LoGrasso PV, Defert O, Li R (březen 2016). „Inhibitory Rho kinázy (ROCK) a jejich terapeutický potenciál“. Journal of Medicinal Chemistry. 59 (6): 2269–2300. doi:10.1021 / acs.jmedchem.5b00683. ISSN  1520-4804. PMID  26486225.