Cesta mitogenem aktivované proteinkinázy (MAPK).[1][2][3][4][5][6][7][8][9][10]
Mitogen-aktivované proteinové (MAP) kinázy (EC 2.7.11.24) jsou serin/threonin-specifické proteinové kinázy, které reagují na extracelulární podněty (mitogeny, osmotický stres, tepelný šok a prozánětlivé cytokiny) a regulují různé buněčné aktivity, jako je genová exprese, mitóza, diferenciace, proliferace a buněčné přežití/apoptóza.[11]
Přehled signálních transdukčních drah podílejících se na apoptóze.
Jsou aktivovány v rámci kaskád proteinkináz zvaných „MAPK kaskáda“. Každá z nich se skládá ze tří enzymů, MAP kinázy, MAP kinázy (MKK, MEKK nebo MAP2K) a MAP kinázy kinázy (MKKK nebo MAP3K), které jsou aktivovány sériově. MAP3K, který je aktivován extracelulárními stimuly fosforyluje MAP2K na jeho serinové a threoninové zbytky, a tento MAP2K aktivuje MAP kinázu fosforylací na jeho serinové a tyrosinové zbytky (Tyr-185 a Thr-183 ERK2). In vivo a in vitro fosforylace tyrosinu předchází fosforylaci threoninu, i když fosforylace kteréhokoli z těchto zbytků může nastat v nepřítomnosti druhého. Protože k aktivaci MAP kináz jsou vyžadovány fosforylace tyrosinu i threoninu, fosfatázy, které odstraňují fosfát z kteréhokoli místa, je inaktivují. Tato signalizační kaskáda MAP kinázy byla evolučně dobře konzervována od kvasinek až po savce. Kaskády předávají informace efektorům, koordinují příchozí informace z jiných signálních drah, zesilují signály a umožňují různé vzorce odezvy.
Funkce, na kterou reagují, je dána různými podněty fosforylací cytoplazmatických složek a nukleárními transkripčními faktory v závislosti na buněčném kontextu. Down-regulace kinázových drah MAP se může objevit prostřednictvím dephosforylace serin/threonin fosfatázami, tyrosin fosfatázami nebo dual-specificity fosfatázami a prostřednictvím zpětnovazebních inhibičních mechanismů, které zahrnují fosforylaci upstream kináz. Léky, které selektivně down-regulují kaskády MAP kináz, by se mohly ukázat jako cenné terapeutické látky při kontrole maligních onemocnění.
ERK1 a ERK2 byly první z podskupiny ERK/MAP kináz, které byly klonovány. Byly zjištěny další příbuzné enzymy savců včetně: dvou izoforem ERK3, ERK4, Jun N-terminálních kináz/stresem aktivovaných proteinkináz (JNK/SAPKs), p38/HOG a p57 MAP kináz (38). Přítomnost nejméně šesti MAP kináz v kvasinkách naznačuje, že jich je u savců více.
Řízení kaskády kináz MAP
4.1 Receptorová tyrosinkináza
Různé ligandy, které aktivují kaskádu MAPK, se spojují s receptorovou tyrosinkinázou a zbytky tyrosinu jsou fosforylovány; zbytky fosfotypirosinu autofosforylovaných receptorů pak vážou SH2 domény adaptérů, (Grb2:protein 2 vázaný na receptor růstového faktoru). Směnné faktory podporují spojení Ras s GTP. GTP-Ras se váže
Raf-1 a B-Raf, dvě proteinkinázy. Následně je zvýšena aktivita Raf proteinkinázy.
Rovněž bylo hlášeno, že receptorové tyrosinkinázy aktivují kaskádu ve fibroblastech prostřednictvím zvýšení Ca2+.
4.2 G Receptory spřažené s proteiny
MAP kinázová kaskáda může být také aktivována určitými heterotrimerickými G proteiny
4.3 PKC
PKC je používán mnoha receptory k regulaci kinázové dráhy MAP, samostatně nebo s jinými mechanismy a může působit v několika krocích kaskády. PKC může přímo aktivovat Raf-1, ale pokud existuje mutace v místě fosforylovaném PKC, nemůže dojít k žádné interakci Raf. Raf. Jiná místa působení PKC jsou pravděpodobně buď dále proti proudu, nebo na úrovni inaktivace kinázy MAP.
4.4 Regulace a specifičnost MEKů
MEK1 a MEK2 fosforylují a aktivují MAP kinázu. MEKy jsou aktivovány Raf-1, B-Rafem, protoonkogenním produktem Mos, MEK kinázou 1 (MEKK1) a dalšími aktivitami stimulovanými růstovým faktorem. Mechanismy ovládající MEKK1 nejsou známy, i když může být vyžadován Ras.
Má se za to, že MEKs jsou kinázy, které fosforylují pouze MAP kinázy, protože nebyly identifikovány žádné jiné substráty.
5.1 Obecné vlastnosti
Pokud je ERK2 nefosforizovaný, je jeho aktivita velmi nízká. Struktura ERK2 se skládá z menší N-terminálové domény a větší [C-terminálové] domény propojené linkerem.
5.2 Konformní změny Fosforylace způsobuje globální i lokální konformační změny. Obě domény ERK2 jsou otočeny o 17°, což způsobí uzavření aktivního místa a vznik katalytických zbytků.
5.3 Možné vazebné místo pro fosfát na Tyr-185
Když je Tyr-185 fosforylován, váže Arg v pozicích -189 a −192. Tyto nové svazky mohou pomoci stabilizovat konformaci v aktivní struktuře.
MAP kinázové mutanty a strukturální implikace
Různé biochemické a strukturní studie o mutacích aktivačních fosforylačních míst ukazují, jak fosforylace zvyšuje aktivitu ERK2. Příkladem je, že pokud se mutace nachází v Tyr-185, způsobuje konformační změny, které ovlivňují aktivaci ERK2, a proto je aktivita nižší.
Předpokládá se, že buňky nesnášejí kontinuální aktivitu MAP kinázy. Konstitutivně aktivní mutanty MEK transformují buňky a vytvářejí nádory u nahých myší. Účinky aktivovaných MEK by však mohly být kompenzovány zvyšující se aktivitou fosfatázy za účelem inaktivace MAP kináz.
MAP kinázové dráhy.
Melanie H. Cobb(1)(§) and
Elizabeth J. Goldsmith(2)
From the (1)Departments of Pharmacology and
(2)Biochemistry, University of Texas Southwestern Medical Center, Dallas, Texas 75235-9041
Pyruvát dehydrogenáza kináza – Protein kináza A – Protein kináza G – Protein kináza C (Protein kináza Mζ) – Rhodopsin – Beta adrenergní receptor – G-protein spřažené receptorové kinázy – Ca2+/calmodulin-dependentní – Myosin světelný řetězec) – Fosforyláza – Cyclin-dependentní – Mitogen-aktivovaný (Extracellular signal-regulated, C-Jun N-terminal, P38 mitogen-activated protein) – MAP3K – GSK-3 – AMP-aktivovaný
Anti-Mullerův hormonální receptor – Ataxia telangiectasia mutovaná – Aurora (A, B) – Savčí cíl rapamycinu – Kostní morfogenetické proteinové receptory (1, 2) – CDKL5 – c-Raf – EIF-2 – Ribosomal s6 – Protein kináza B – PDK1