Kinaza 3-fosfoinozytydu - Phosphoinositide 3-kinase
Fosfatydyloinozytolo-4,5-bisfosforan 3-kinaza | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Identyfikatory | |||||||||
Symbol | PI3K | ||||||||
Pfam | PF00454 | ||||||||
InterPro | IPR000403 | ||||||||
MĄDRY | SM00146 | ||||||||
PROSITE | PDOC00710 | ||||||||
SCOP2 | 3gmm / zakres / SUPFAM | ||||||||
Nadrodzina OPM | 265 | ||||||||
Białko OPM | 3ml9 | ||||||||
|
Kinaza 3-fosfoinozytydu | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Identyfikatory | |||||||||
Nr WE | 2.7.1.137 | ||||||||
Nr CAS | 115926-52-8 | ||||||||
Bazy danych | |||||||||
IntEnz | Widok IntEnz | ||||||||
BRENDA | Wpis BRENDY | ||||||||
ExPASy | Widok NiceZyme | ||||||||
KEGG | Wpis KEGG | ||||||||
MetaCyc | szlak metaboliczny | ||||||||
PRIAM | profil | ||||||||
Struktury WPB | RCSB PDB PDBe Suma PDB | ||||||||
|
Kinazy 3- fosfoinozytydowe ( PI3K ), zwane także 3-kinazami fosfatydyloinozytolu , to rodzina enzymów zaangażowanych w funkcje komórkowe, takie jak wzrost komórek, proliferacja, różnicowanie, ruchliwość, przeżycie i handel wewnątrzkomórkowy, które z kolei biorą udział w raku.
PI3K to rodzina pokrewnych wewnątrzkomórkowych enzymów będących przekaźnikami sygnału , zdolnych do fosforylacji grupy hydroksylowej w pozycji 3 pierścienia inozytolowego fosfatydyloinozytolu (PtdIns). Szlak ten, z onkogenem PIK3CA i genem supresorowym guza PTEN , jest związany z wrażliwością guzów nowotworowych na insulinę i IGF1 oraz z ograniczeniem kalorii .
Odkrycie
Odkrycie kinaz PI3K przez Lewisa Cantleya i współpracowników rozpoczęło się od identyfikacji wcześniej nieznanej kinazy fosfoinozytydowej związanej z białkiem polioma middle T. Zaobserwowali unikalną specyficzność substratową i właściwości chromatograficzne produktów kinazy lipidowej, co doprowadziło do odkrycia, że ta kinaza fosfoinozytydowa ma bezprecedensową zdolność do fosforylowania fosfoinozytydów w pozycji 3' pierścienia inozytolowego. Następnie Cantley i współpracownicy wykazali, że in vivo enzym preferuje PtdIns(4,5)P2 jako substrat, wytwarzając nowe fosfoinozytydowe PtdIns(3,4,5)P3 zidentyfikowane wcześniej w neutrofilach.
Klasy
Rodzina PI3K jest podzielona na cztery różne klasy: Klasa I , Klasa II , Klasa III i Klasa IV. Klasyfikacje opierają się na strukturze pierwszorzędowej, regulacji i specyficzności substratów lipidowych in vitro .
Klasa I
PI3K klasy I katalizują konwersję fosfatydyloinozytolu (4,5)-bisfosforanu (PI(4,5)P 2 ) do fosfatydyloinozytolu (3,4,5)-trisfosforanu (PI(3,4,5)P 3 ) in vivo . Podczas in vitro wykazano również, że przekształcają fosfatydyloinozytol (PI) w 3-fosforan fosfatydyloinozytolu (PI3P) i 4-fosforan fosfatydyloinozytolu (PI4P) w fosfatydyloinozytol (3,4)-bisfosforan (PI(3,4)P 2 ) , reakcje te są zdecydowanie niekorzystne in vivo. PI3K jest aktywowany przez receptory sprzężone z białkiem G i receptory kinazy tyrozynowej .
PI3K klasy I to cząsteczki heterodimeryczne złożone z podjednostki regulatorowej i katalitycznej ; są one dalej dzielone na podzbiory IA i IB pod względem podobieństwa sekwencji. PI3K klasy IA składają się z heterodimeru pomiędzy podjednostką katalityczną p110 i podjednostką regulatorową p85. Istnieje pięć wariantów podjednostki regulatorowej p85, oznaczonych jako p85α , p55α , p50α , p85β i p55γ . Istnieją również trzy warianty podjednostki katalitycznej p110 oznaczonej jako podjednostka katalityczna p110α, β lub δ. Pierwsze trzy podjednostki regulatorowe to wszystkie warianty splicingowe tego samego genu ( Pik3r1 ), pozostałe dwie są wyrażane przez inne geny (odpowiednio Pik3r2 i Pik3r3, p85β i p55γ). Najbardziej eksprymowaną podjednostką regulatorową jest p85α; wszystkie trzy podjednostki katalityczne są wyrażane przez oddzielne geny (odpowiednio Pik3ca , Pik3cb i Pik3cd dla p110α , p110β i p110δ ). Pierwsze dwie izoformy p110 (α i β) ulegają ekspresji we wszystkich komórkach, ale p110δ ulega ekspresji głównie w leukocytach i sugerowano, że ewoluował równolegle z adaptacyjnym układem odpornościowym. Podjednostki regulatorowe p101 i katalityczne p110γ obejmują klasy IB PI3K i są kodowane przez jeden gen każda ( Pik3cg dla p110γ i Pik3r5 dla p101).
Podjednostki p85 zawierają domeny SH2 i SH3 ( Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM): 171833 ). Domeny SH2 wiążą się preferencyjnie z fosforylowanymi resztami tyrozyny w kontekście sekwencji aminokwasowej YXXM.
Klasy II i III
PI3K klasy II i III różnią się od klasy I budową i funkcją. Odrębną cechą PI3K klasy II jest C-końcowa domena C2. W domenie tej brakuje krytycznych reszt Asp do koordynowania wiązania Ca2 + , co sugeruje, że PI3K klasy II wiążą lipidy w sposób niezależny od Ca2 + .
Klasa II obejmuje trzy izoformy katalityczne (C2α, C2β i C2γ), ale w przeciwieństwie do klas I i III nie ma białek regulatorowych. Klasa II katalizuje produkcję PI(3)P z PI i PI(3,4)P 2 z PI(4)P; jednak niewiele wiadomo na temat ich roli w komórkach odpornościowych. PI (3,4), P 2 jest jednak, wykazano, że odgrywają rolę w fazie wpuklenie klatryno pośredniczy endocytozy. C2α i C2β ulegają ekspresji w organizmie, ale ekspresja C2γ jest ograniczona do hepatocytów .
PI3K klasy III wytwarzają tylko PI(3)P z PI, ale są bardziej podobne do struktury klasy I, ponieważ występują jako heterodimery podjednostek katalitycznej ( Vps34 ) i regulatorowej (Vps15/p150). Wydaje się, że klasa III jest zaangażowana przede wszystkim w transport białek i pęcherzyków. Istnieją jednak dowody na to, że mogą one przyczynić się do efektywności kilku procesów ważnych dla komórek układu odpornościowego, w tym fagocytozy .
Klasa IV
Grupa bardziej odległych spokrewnionych enzymów jest czasami określana jako PI3K klasy IV. Składa się z zmutowanej ataksji-teleangiektazji (ATM), ataksji-teleangiektazji i związanej z Rad3 (ATR), kinazy białkowej zależnej od DNA (DNA-PK) i ssaczego celu rapamycyny (mTOR). Są to białkowe kinazy serynowo-treoninowe.
Ludzkie geny
Grupa | gen | białko | skróty | Numer WE |
---|---|---|---|---|
katalizator klasy 1 | PIK3CA | PI3K, katalityczny, alfa polipeptyd | p110-α | 2.7.1.153 |
PIK3CB | PI3K, katalityczny, beta polipeptyd | p110-β | ||
PIK3CG | PI3K, katalityczny, gamma polipeptyd | p110-γ | ||
PIK3CD | PI3K, katalityczny, polipeptyd delta | p110-δ | ||
klasa 1 normatywna | PIK3R1 | PI3K, podjednostka regulacyjna 1 (alfa) | p85-α | Nie dotyczy |
PIK3R2 | PI3K, podjednostka regulacyjna 2 (beta) | p85-β | ||
PIK3R3 | PI3K, podjednostka regulacyjna 3 (gamma) | p55-γ | ||
PIK3R4 | PI3K, podjednostka regulacyjna 4 | p150 | ||
PIK3R5 | PI3K, podjednostka regulacyjna 5 | p101 | ||
PIK3R6 | PI3K, podjednostka regulacyjna 6 | p87 | ||
klasa 2 | PIK3C2A | PI3K, klasa 2, polipeptyd alfa | PI3K-C2α | 2.7.1.154 |
PIK3C2B | PI3K, klasa 2, beta polipeptyd | PI3K-C2β | ||
PIK3C2G | PI3K, klasa 2, gamma polipeptyd | PI3K-C2γ | ||
klasa 3 | PIK3C3 | PI3K, klasa 3 | Vps34 | 2.7.1.137 |
Mechanizm
Różne 3-fosforylowane fosfoinozytydy wytwarzane przez PI3K ( PtdIns3P , PtdIns (3,4)P2 , PtdIns (3,5)P2 i PtdIns(3,4,5)P3 ) działają w mechanizmie, w którym dobrana grupa sygnalizacyjnych białek zawierających domeny PX , plekstryny domenami homologii (PH), domen domen FYVE lub innych domen fosfoinozytydu wiążące są rekrutowane do różnych błon komórkowych.
Funkcjonować
PI3K powiązano z niezwykle zróżnicowaną grupą funkcji komórkowych, w tym wzrostem komórek, proliferacją, różnicowaniem, ruchliwością, przeżyciem i przemieszczaniem wewnątrzkomórkowym. Wiele z tych funkcji wiąże się ze zdolnością PI3K klasy I do aktywacji kinazy białkowej B (PKB, aka Akt), tak jak w szlaku PI3K/AKT/mTOR . W p110δ i p110γ izoformy regulują różne aspekty odpowiedzi immunologicznej. PI3K są również kluczowym elementem szlaku sygnałowego insuliny . Stąd duże zainteresowanie rolą sygnalizacji PI3K w cukrzycy .
Mechanizm
Domenę homologiczną do plekstryny, na AKT wiąże się bezpośrednio z PtdIns (3,4,5) P3 i PtdIns (3,4) P2 , które są wytwarzane przez aktywowane kinaz PI3K. Ponieważ PtdIns(3,4,5)P3 i PtdIns(3,4)P2 są ograniczone do błony plazmatycznej, powoduje to translokację AKT do błony plazmatycznej. Podobnie kinaza zależna od fosfoinozytydu-1 (PDK1 lub, rzadko określana jako PDPK1), zawiera również domenę homologii plekstryny, która wiąże się bezpośrednio z PtdIns(3,4,5)P3 i PtdIns(3,4)P2, powodując również przemieszczają się do błony plazmatycznej po aktywacji PI3K. Oddziaływanie aktywowanych PDK1 i AKT umożliwia fosforylację AKT przez PDK1 na treoninie 308, prowadząc do częściowej aktywacji AKT. Pełna aktywacja AKT następuje po fosforylacji seryny 473 przez kompleks TORC2 kinazy białkowej mTOR .
Wykazano, że szlak PI3K/AKT jest niezbędny do niezwykle zróżnicowanego wachlarza aktywności komórkowych – w szczególności do proliferacji i przeżycia komórek. Na przykład, wykazano, że bierze udział w ochronie astrocytów przed apoptozą indukowaną ceramidami.
Zidentyfikowano wiele innych białek, które są regulowane przez PtdIns(3,4,5)P3, w tym kinazę tyrozynową Brutona (BTK), ogólny receptor fosfoinozytydów-1 (GRP1) i N-acetyloglukozaminę z wiązaniami O (O-GlcNAc). ) transferaza .
PtdIns(3,4,5)P3 aktywuje również czynniki wymiany guaninowo-nukleotydowej (GEF), które aktywują GTPazę Rac1, prowadząc do polimeryzacji aktyny i przegrupowania cytoszkieletu.
Raki
Klasa IA PI3K p110α jest zmutowany w wielu nowotworów. Wiele z tych mutacji powoduje większą aktywność kinazy. Jest to najbardziej zmutowana pojedyncza kinaza glejaka wielopostaciowego, najbardziej złośliwego pierwotnego guza mózgu. W PtdIns (3,4,5) P 3 fosfatazy PTEN , które antagonizuje PI3K jest sygnalizacja występuje w wielu nowotworach. Ponadto receptor EGFR naskórkowego czynnika wzrostu, który działa przed PI3K, jest aktywowany przez mutacje lub ulega nadekspresji w raku. Stąd aktywność PI3K znacząco przyczynia się do transformacji komórkowej i rozwoju raka . Wykazano, że złośliwe komórki B utrzymują „toniczną” aktywność osi PI3K/Akt poprzez regulację w górę białka adaptorowego GAB1, co również pozwala komórkom B przetrwać ukierunkowaną terapię inhibitorami BCR.
Nauka i pamięć
PI3K są również zaangażowane w długoterminowe wzmocnienie (LTP). Nadal dyskutuje się, czy są one wymagane do wyrażenia lub wywołania LTP. W mysich neuronach CA1 hipokampa pewne receptory PI3K są skompleksowane z receptorami AMPA i podzielone w postsynaptycznej gęstości synaps glutaminergicznych. PI3K są fosforylowane pod wpływem zależnej od receptora NMDA aktywności CaMKII, co następnie ułatwia wstawienie podjednostek AMPA-R GluR1 do błony komórkowej. Sugeruje to, że PI3K są wymagane do ekspresji LTP. Ponadto inhibitory PI3K zniosły ekspresję LTP w hipokampie szczura CA1, ale nie wpływają na jego indukcję. Warto zauważyć, że zależność ekspresji LTP w późnej fazie od PI3K wydaje się zmniejszać z czasem.
Jednak inne badanie wykazało, że inhibitory PI3K tłumiły indukcję, ale nie ekspresję LTP w mysim hipokampie CA1. Szlak PI3K rekrutuje również w dół wiele innych białek, w tym mTOR , GSK3β i PSD-95 . Szlak PI3K-mTOR prowadzi do fosforylacji p70S6K , kinazy, która ułatwia aktywność translacyjną, co dodatkowo sugeruje, że zamiast tego PI3K są wymagane w fazie syntezy białek w indukcji LTP.
PI3K oddziałują z substratem receptora insuliny (IRS), aby regulować wychwyt glukozy poprzez szereg zdarzeń fosforylacji.
Kinazy PI jako kinazy białkowe
Wiele PI3K wydaje się mieć aktywność kinazy serynowo/treoninowej in vitro ; jednak nie jest jasne, czy ma to jakąkolwiek rolę in vivo .
Zahamowanie
Wszystkie PI3K są hamowane przez wortmaninę i LY294002 , chociaż niektórzy członkowie rodziny PI3K klasy II wykazują zmniejszoną wrażliwość. Wortmannina wykazuje lepszą wydajność niż LY294002 na pozycjach mutacji hotspot (GLU542, GLU545 i HIS1047)
Inhibitory PI3K jako terapeutyki
Ponieważ wortmanina i LY294002 są inhibitorami PI3K o szerokim zakresie i szeregu niepowiązanych białek w wyższych stężeniach, są zbyt toksyczne, aby można je było stosować jako terapeutyki. Wiele firm farmaceutycznych opracowało w ten sposób inhibitory specyficzne dla izoformy PI3K. Od stycznia 2019 roku FDA zatwierdziła trzy inhibitory PI3K do rutynowego stosowania klinicznego u ludzi: inhibitor PIK3CD idelalisib (lipiec 2014, NDA 206545 ), podwójny inhibitor PIK3CA i PIK3CD copanlisib (wrzesień 2017, NDA 209936 ) oraz podwójny Inhibitor PIK3CD i PIK3CG duvelisib (wrzesień 2018, NDA 211155 ). Ukierunkowane hamowanie szlaku z innymi szlakami, takimi jak MAPK lub PIM, zostało podkreślone jako obiecująca strategia terapeutyczna przeciwnowotworowa, która może przynieść korzyści w porównaniu z podejściem monoterapeutycznym poprzez obejście sygnalizacji kompensacyjnej, spowolnienie rozwoju oporności i potencjalnie umożliwienie zmniejszenia dawkowanie.
Zobacz też
Bibliografia
Dalsza lektura
- Vanhaesebroeck B, Leevers SJ, Ahmadi K, Timms J, Katso R, Driscoll PC, et al. (2001). „Synteza i funkcja 3-fosforylowanych lipidów inozytolu”. Roczny Przegląd Biochemii . 70 : 535–602. doi : 10.1146/annurev.biochem.70.1.535 . PMID 11395417 . [1]
- Schild C, Wirth M, Reichert M, Schmid RM, Saur D, Schneider G (grudzień 2009). „Sygnalizacja PI3K utrzymuje ekspresję c-myc w celu regulacji transkrypcji E2F1 w komórkach raka trzustki”. Karcynogeneza molekularna . 48 (12): 1149–58. doi : 10.1002/mc.20569 . PMID 19603422 . S2CID 41545085 .
- Williams R, Berndt A, Miller S, Hon WC, Zhang X (sierpień 2009). „Forma i elastyczność w kinazach 3-fosfoinozytydowych”. Transakcje Towarzystwa Biochemicznego . 37 (Pt 4): 615-26. doi : 10.1042/BST0370615 . PMID 19614567 .
- Quaresma AJ, Sievert R, Nickerson JA (kwiecień 2013). „Regulacja eksportu mRNA przez szlak transdukcji sygnału kinazy PI3/AKT” . Biologia molekularna komórki . 24 (8): 1208–21. doi : 10.1091/mbc.E12-06-0450 . PMC 3623641 . PMID 23427269 .
Zewnętrzne linki
- Eukariotyczny motyw liniowy, klasa motywu zasobów MOD_PIKK_1
- Proteopedia Fosfoinozytyd_3-kinazy do badania struktury w interaktywnym 3D
- PI-3+Kinase w Narodowej Bibliotece Medycznej USA Medical Subject Headings (MeSH)
- Ścieżka sygnalizacyjna PI3K/Akt