Протеинкиназа

Протеинкиназа киназа — это , которая избирательно модифицирует другие белки путем ковалентного добавления к ним фосфатов ( фосфорилирование ) в отличие от киназ, которые модифицируют липиды, углеводы или другие молекулы. Фосфорилирование обычно приводит к функциональному изменению белка-мишени ( субстрата ) за счет изменения активности фермента , клеточного местоположения или ассоциации с другими белками. Геном человека содержит около 500 генов протеинкиназ, и они составляют около 2% всех генов человека. ^{[ 1 ]} Существует два основных типа протеинкиназ. Подавляющее большинство из них представляют собой серин/треониновые киназы , которые фосфорилируют гидроксильные группы серинов и треонинов в своих мишенях. Большинство остальных представляют собой тирозинкиназы , хотя существуют и другие типы. ^{[ 2 ]} Протеинкиназы также обнаружены у бактерий и растений . До 30% всех белков человека могут быть модифицированы киназной активностью, а известно, что киназы регулируют большинство клеточных путей, особенно тех, которые участвуют в передаче сигнала .

Химическая активность

Выше представлена шаростержневая модель молекулы неорганического фосфата H ( PO ₄²⁻). Цветовая маркировка: P (оранжевый); О (красный); Н (белый).

Химическая активность протеинкиназы включает удаление фосфатной группы из АТФ и ковалентное присоединение ее к одной из трех аминокислот , имеющих свободную гидроксильную группу . Большинство киназ действуют как на серин , так и на треонин , другие действуют на тирозин , а некоторые ( киназы двойной специфичности ) действуют на все три. ^{[ 3 ]} Существуют также протеинкиназы, фосфорилирующие другие аминокислоты, в том числе гистидинкиназы, фосфорилирующие остатки гистидина. ^{[ 4 ]}

Структура

Эукариотические протеинкиназы — это ферменты, принадлежащие к очень обширному семейству белков, имеющих консервативное каталитическое ядро. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} Определены структуры более 280 протеинкиназ человека. ^{[ 9 ]}

В каталитическом домене протеинкиназ имеется ряд консервативных участков. На N- конце каталитического домена имеется участок остатков, богатый глицином , вблизи аминокислоты лизина , которая, как было показано, участвует в связывании АТФ. В центральной части каталитического домена находится консервативная аспарагиновая кислота , важная для каталитической активности фермента. ^{[ 10 ]}

Серин/треонин-специфичные протеинкиназы

Кальций/кальмодулин-зависимая протеинкиназа II (CaMKII) является примером серин/треонин-специфичной протеинкиназы.

Серин/треониновые протеинкиназы ( EC 2.7.11.1 ) фосфорилируют ОН-группу серина или треонина (которые имеют схожие боковые цепи). Активность этих протеинкиназ может регулироваться специфическими событиями (например, повреждением ДНК), а также многочисленными химическими сигналами, включая цАМФ / цГМФ , диацилглицерин и Са. ²⁺/ кальмодулин . Одной из очень важных групп протеинкиназ являются MAP-киназы (аббревиатура от «митоген-активируемые протеинкиназы»). Важными подгруппами являются киназы подсемейства ERK, обычно активируемые митогенными сигналами, и стресс-активируемые протеинкиназы JNK и p38. Хотя MAP-киназы являются серин/треонин-специфичными, они активируются путем комбинированного фосфорилирования по остаткам серина/треонина и тирозина. Активность MAP-киназ ограничивается рядом протеинфосфатаз, которые удаляют фосфатные группы, которые добавляются к специфическим сериновым или треониновым остаткам киназы и необходимы для поддержания киназы в активной конформации. ^{[ нужна ссылка ]}

Тирозинспецифические протеинкиназы

Тирозин -специфические протеинкиназы ( EC 2.7.10.1 и EC 2.7.10.2 ) фосфорилируют аминокислотные остатки тирозина и, подобно серин/треонин-специфичным киназам, используются для передачи сигнала . Они действуют в первую очередь как рецепторы факторов роста и в последующей передаче сигналов от факторов роста. ^{[ 11 ]} Вот некоторые примеры:

Рецептор фактора роста тромбоцитов (PDGFR)
Рецептор эпидермального фактора роста (EGFR) ^{[ 12 ]}
Рецептор инсулина и рецептор инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF1R)
Рецептор фактора стволовых клеток (SCF) (также называемый c-kit , см. статью о стромальных опухолях желудочно-кишечного тракта ).

Рецепторные тирозинкиназы

Эти киназы состоят из внеклеточных доменов, трансмембранного, охватывающего альфа-спираль , и внутриклеточного домена тирозинкиназы, выступающего в цитоплазму . Они играют важную роль в регуляции клеточного деления , клеточной дифференциации и морфогенеза . У млекопитающих известно более 50 рецепторов тирозинкиназ. ^{[ нужна ссылка ]}

Структура

Внеклеточные домены служат лиганд -связывающей частью молекулы, часто индуцируя образование гомо- или гетеродимеров . Трансмембранный элемент представляет собой одну α-спираль. Внутриклеточный или цитоплазматический протеинкиназный домен отвечает за (высококонсервативную) киназную активность, а также за несколько регуляторных функций. ^{[ нужна ссылка ]}

Регулирование

Связывание лиганда вызывает две реакции:

Димеризация двух мономерных киназ рецептора или стабилизация рыхлого димера. Многие лиганды рецепторных тирозинкиназ поливалентны . Некоторые киназы тирозиновых рецепторов (например, рецептор тромбоцитарного фактора роста ) могут образовывать гетеродимеры с другими сходными, но не идентичными киназами того же подсемейства, что обеспечивает весьма разнообразный ответ на внеклеточный сигнал.
Транс -аутофосфорилирование (фосфорилирование другой киназой в димере) киназы.

Аутофосфорилирование стабилизирует активную конформацию киназного домена. Когда в киназном домене присутствуют несколько аминокислот, пригодных для фосфорилирования (например, рецептор инсулиноподобного фактора роста), активность киназы может увеличиваться с увеличением количества фосфорилированных аминокислот; в этом случае первое фосфорилирование переключает киназу из «выключенного» состояния в «режим ожидания».

Преобразование сигнала

Активная тирозинкиназа фосфорилирует специфические белки-мишени, которые часто сами являются ферментами. Важной мишенью является белка ras . цепь передачи сигнала ^{[ нужна ссылка ]}

Рецептор-ассоциированные тирозинкиназы

Тирозинкиназы, рекрутированные на рецептор после связывания гормона, представляют собой рецептор-ассоциированные тирозинкиназы и участвуют в ряде сигнальных каскадов, в частности в тех, которые участвуют в передаче сигналов цитокинов (но также и в других, включая гормон роста ). Одной из таких рецептор-ассоциированных тирозинкиназ является Янус-киназа (JAK), многие из эффектов которой опосредованы белками STAT . ( См. путь JAK-STAT . )

Протеинкиназы двойной специфичности

Некоторые киназы обладают киназной активностью двойной специфичности . Например, MEK (MAPKK), который участвует в MAP-киназном каскаде, представляет собой одновременно серин/треониновую и тирозиновую киназу.

Гистидинспецифические протеинкиназы

Гистидинкиназы структурно отличаются от большинства других протеинкиназ и обнаруживаются в основном у прокариот как часть механизмов двухкомпонентной передачи сигнала. Фосфатная группа АТФ сначала добавляется к остатку гистидина в киназе, а затем переносится к остатку аспартата в «домене-приемнике» другого белка, а иногда и на самой киназе. Остаток аспартилфосфата затем активен в передаче сигнала.

Гистидинкиназы широко обнаружены у прокариот, а также у растений, грибов и эукариот. Семейство киназ пируватдегидрогеназы у животных структурно связано с гистидинкиназами, но вместо этого фосфорилирует остатки серина и, вероятно, не использует промежуточный фосфогистидин.

Протеинкиназы, специфичные для аспарагиновой/глутаминовой кислоты

Ингибиторы

Дерегулированная активность киназы является частой причиной заболеваний, в частности рака, при этом киназы регулируют многие аспекты, контролирующие рост, движение и гибель клеток. Препараты, ингибирующие специфические киназы, разрабатываются для лечения ряда заболеваний, а некоторые из них в настоящее время используются в клинической практике, в том числе Гливек ( иматиниб ) и Иресса ( гефитиниб ).

Киназные анализы и профилирование

Разработка лекарств для ингибиторов киназ начинается с анализов киназ. Архивировано 26 ноября 2014 г. в Wayback Machine . Ведущие соединения обычно анализируются на предмет специфичности, прежде чем перейти к дальнейшим испытаниям. Доступны многие услуги по профилированию, от флуоресцентных анализов до обнаружения на основе радиоизотопов и анализов конкурентного связывания .

Ссылки

^ Мэннинг Дж., Уайт Д.Б., Мартинес Р., Хантер Т., Сударсанам С. (2002). «Протеинкиназа, дополняющая геном человека». Наука . 298 (5600): 1912–1934. Бибкод : 2002Sci...298.1912M . дои : 10.1126/science.1075762 . ПМИД 12471243 . S2CID 26554314 .
^ Альбертс, Брюс (18 ноября 2014 г.). Молекулярная биология клетки (Шестое изд.). Нью-Йорк. стр. 819–820. ISBN 978-0-8153-4432-2 . OCLC 887605755 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ Дханасекаран Н., Премкумар Редди Э. (сентябрь 1998 г.). «Передача сигналов киназами двойной специфичности». Онкоген . 17 (11 обзоров): 1447–55. дои : 10.1038/sj.onc.1202251 . ПМИД 9779990 . S2CID 9299657 .
^ Безант П.Г., Тан Э., Эттвуд П.В. (март 2003 г.). «Протеингистидинкиназы млекопитающих». Межд. Дж. Биохим. Клеточная Биол. 35 (3): 297–309. дои : 10.1016/S1357-2725(02)00257-1 . ПМИД 12531242 .
^ Хэнкс С.К. (2003). «Геномный анализ суперсемейства эукариотических протеинкиназ: перспективы» . Геном Биол . 4 (5): 111. doi : 10.1186/gb-2003-4-5-111 . ПМК 156577 . ПМИД 12734000 .
^ Хэнкс С.К., Хантер Т. (май 1995 г.). «Протеинкиназы 6. Суперсемейство эукариотических протеинкиназ: структура киназного (каталитического) домена и классификация» . ФАСЕБ Дж . 9 (8): 576–96. дои : 10.1096/fasebj.9.8.7768349 . ПМИД 7768349 . S2CID 21377422 .
^ Хантер Т. (1991). «Классификация протеинкиназ». Фосфорилирование белков. Часть A: Протеинкиназы: анализы, очистка, антитела, функциональный анализ, клонирование и экспрессия . Методы энзимологии. Том. 200. стр. 3–37. дои : 10.1016/0076-6879(91)00125-G . ISBN 9780121821012 . ПМИД 1835513 .
^ Хэнкс С.К., Куинн А.М. (1991). «База данных последовательностей каталитических доменов протеинкиназы: идентификация консервативных особенностей первичной структуры и классификация членов семейства». Фосфорилирование белков. Часть A: Протеинкиназы: анализы, очистка, антитела, функциональный анализ, клонирование и экспрессия . Методы энзимологии. Том. 200. стр. 38–62. дои : 10.1016/0076-6879(91)00126-H . ISBN 9780121821012 . ПМИД 1956325 .
^ Моди, В; Данбрэк, РЛ (24 декабря 2019 г.). «Структурно подтвержденное множественное выравнивание последовательностей 497 доменов протеинкиназы человека» . Научные отчеты . 9 (1): 19790. Бибкод : 2019НатСР...919790М . дои : 10.1038/s41598-019-56499-4 . ПМК 6930252 . ПМИД 31875044 .
^ Найтон Д.Р., Чжэн Дж.Х., Тен Эйк Л.Ф., Эшфорд В.А., Сюонг Н.Х., Тейлор С.С., Совадски Дж.М. (июль 1991 г.). «Кристаллическая структура каталитической субъединицы циклической аденозинмонофосфатзависимой протеинкиназы». Наука . 253 (5018): 407–14. Бибкод : 1991Sci...253..407K . дои : 10.1126/science.1862342 . ПМИД 1862342 .
^ Хигасияма С., Ивабуки Х., Моримото С., Хиеда М., Иноуэ Х., Мацусита Н. Мембранные факторы роста, семейство эпидермальных факторов роста: за пределами лигандов рецепторов. Раковая наука. Февраль 2008 г.;99(2):214-20. Обзор. PMID: 18271917
^ Карпентер Г. Рецептор ЭФР: связь между торговлей и передачей сигналов. Биоэссе. 2000 августа;22(8):697-707. Обзор. PMID: 10918300

Внешние ссылки

Протеинкиназы человека и мыши в UniProt: классификация и индекс
Kinase.Com : Геномика, эволюция и крупномасштабный анализ протеинкиназ (некоммерческий).
KinMutBase: реестр болезнетворных мутаций в доменах протеинкиназ. Архивировано 15 июня 2022 г. на Wayback Machine.
База данных KLIFS (отпечатки пальцев и структуры взаимодействия киназы-лиганда) - анализ структур киназы и взаимодействий киназы-ингибитора.
KinCore: Ресурс по конформации киназы: веб-ресурс, посвященный последовательности, структуре и филогении протеинкиназы.
Киномер: многоуровневая библиотека HMM для классификации и функциональной аннотации эукариотических протеинкиназ.

[pmid12471243-1] Мэннинг Дж., Уайт Д.Б., Мартинес Р., Хантер Т., Сударсанам С. (2002). «Протеинкиназа, дополняющая геном человека». Наука . 298 (5600): 1912–1934. Бибкод : 2002Sci...298.1912M . дои : 10.1126/science.1075762 . ПМИД 12471243 . S2CID 26554314 .

[Alberts-2] Альбертс, Брюс (18 ноября 2014 г.). Молекулярная биология клетки (Шестое изд.). Нью-Йорк. стр. 819–820. ISBN 978-0-8153-4432-2 . OCLC 887605755 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )

[pmid9779990-3] Дханасекаран Н., Премкумар Редди Э. (сентябрь 1998 г.). «Передача сигналов киназами двойной специфичности». Онкоген . 17 (11 обзоров): 1447–55. дои : 10.1038/sj.onc.1202251 . ПМИД 9779990 . S2CID 9299657 .

[pmid12531242-4] Безант П.Г., Тан Э., Эттвуд П.В. (март 2003 г.). «Протеингистидинкиназы млекопитающих». Межд. Дж. Биохим. Клеточная Биол. 35 (3): 297–309. дои : 10.1016/S1357-2725(02)00257-1 . ПМИД 12531242 .

[pmid12734000-5] Хэнкс С.К. (2003). «Геномный анализ суперсемейства эукариотических протеинкиназ: перспективы» . Геном Биол . 4 (5): 111. doi : 10.1186/gb-2003-4-5-111 . ПМК 156577 . ПМИД 12734000 .

[pmid7768349-6] Хэнкс С.К., Хантер Т. (май 1995 г.). «Протеинкиназы 6. Суперсемейство эукариотических протеинкиназ: структура киназного (каталитического) домена и классификация» . ФАСЕБ Дж . 9 (8): 576–96. дои : 10.1096/fasebj.9.8.7768349 . ПМИД 7768349 . S2CID 21377422 .

[pmid1835513-7] Хантер Т. (1991). «Классификация протеинкиназ». Фосфорилирование белков. Часть A: Протеинкиназы: анализы, очистка, антитела, функциональный анализ, клонирование и экспрессия . Методы энзимологии. Том. 200. стр. 3–37. дои : 10.1016/0076-6879(91)00125-G . ISBN 9780121821012 . ПМИД 1835513 .

[pmid1956325-8] Хэнкс С.К., Куинн А.М. (1991). «База данных последовательностей каталитических доменов протеинкиназы: идентификация консервативных особенностей первичной структуры и классификация членов семейства». Фосфорилирование белков. Часть A: Протеинкиназы: анализы, очистка, антитела, функциональный анализ, клонирование и экспрессия . Методы энзимологии. Том. 200. стр. 38–62. дои : 10.1016/0076-6879(91)00126-H . ISBN 9780121821012 . ПМИД 1956325 .

[pmid31875044-9] Моди, В; Данбрэк, РЛ (24 декабря 2019 г.). «Структурно подтвержденное множественное выравнивание последовательностей 497 доменов протеинкиназы человека» . Научные отчеты . 9 (1): 19790. Бибкод : 2019НатСР...919790М . дои : 10.1038/s41598-019-56499-4 . ПМК 6930252 . ПМИД 31875044 .

[pmid1862342-10] Найтон Д.Р., Чжэн Дж.Х., Тен Эйк Л.Ф., Эшфорд В.А., Сюонг Н.Х., Тейлор С.С., Совадски Дж.М. (июль 1991 г.). «Кристаллическая структура каталитической субъединицы циклической аденозинмонофосфатзависимой протеинкиназы». Наука . 253 (5018): 407–14. Бибкод : 1991Sci...253..407K . дои : 10.1126/science.1862342 . ПМИД 1862342 .

[pmid18271917-11] Хигасияма С., Ивабуки Х., Моримото С., Хиеда М., Иноуэ Х., Мацусита Н. Мембранные факторы роста, семейство эпидермальных факторов роста: за пределами лигандов рецепторов. Раковая наука. Февраль 2008 г.;99(2):214-20. Обзор. PMID: 18271917

[pmid10918300-12] Карпентер Г. Рецептор ЭФР: связь между торговлей и передачей сигналов. Биоэссе. 2000 августа;22(8):697-707. Обзор. PMID: 10918300

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

v т и Ферменты
Activity	Active site Binding site Catalytic triad Oxyanion hole Enzyme promiscuity Diffusion-limited enzyme Cofactor Enzyme catalysis
Regulation	Allosteric regulation Cooperativity Enzyme inhibitor Enzyme activator
Classification	EC number Enzyme superfamily Enzyme family List of enzymes
Kinetics	Enzyme kinetics Eadie–Hofstee diagram Hanes–Woolf plot Lineweaver–Burk plot Michaelis–Menten kinetics
Types	EC1 Oxidoreductases (list) EC2 Transferases (list) EC3 Hydrolases (list) EC4 Lyases (list) EC5 Isomerases (list) EC6 Ligases (list) EC7 Translocases (list)