Protein kinaza A - Protein kinase A

Acest articol este despre enzimă. Pentru constanta de disociere p K a , vezi constanta de disociere a acidului . Pentru alte utilizări, consultați PKA .
„protein kinaza dependentă de AMPc” redirecționează aici. Nu trebuie confundat cu protein kinaza activată cu AMP sau kinazele dependente de ciclină .
proteină kinază dependentă de AMPc (proteină kinază A)
Identificatori
CE nr. 2.7.11.11
CAS nr. 142008-29-5
Baze de date
IntEnz Vizualizare IntEnz
BRENDA Intrare BRENDA
EXPASy Vedere NiceZyme
KEGG Intrare KEGG
MetaCyc cale metabolică
PRIAM profil
Structuri PDB RCSB PDB PDBe PDBsum

În biologia celulară , protein kinaza A ( PKA ) este o familie de enzime a cărei activitate este dependentă de nivelurile celulare de AMP ciclic (AMPc). PKA este, de asemenea, cunoscut sub numele de protein kinază cAMP-dependentă ( EC 2.7.11.11 ). PKA are mai multe funcții în celulă, inclusiv reglarea metabolismului glicogenului , zahărului și lipidelor .

Istorie

Protein kinaza A, mai precis cunoscută sub numele de adenozină 3 ', 5'-monofosfat (AMP ciclic), protein kinază dependentă, prescurtată în PKA, a fost descoperită de chimiștii Edmond H. Fischer și Edwin G. Krebs în 1968. Au câștigat Premiul Nobel în Fiziologie sau Medicină în 1992 pentru munca lor privind fosforilarea și defosforilarea și modul în care aceasta se raportează la activitatea PKA.

PKA este una dintre cele mai cercetate proteine ​​kinaze , în parte datorită unicității sale; din 540 de gene diferite ale protein kinazei care alcătuiesc kinomul uman , se știe că există doar o altă protein kinază, cazeina kinază 2 , într-un complex tetrameric fiziologic, ceea ce înseamnă că este alcătuit din patru subunități.

Diversitatea subunităților PKA de mamifere a fost realizată după ce Dr. Stan McKnight și alții au identificat patru posibile gene de subunitate catalitică și patru gene de subunitate reglatoare. În 1991, Susan Taylor și colegii săi au cristalizat subunitatea PKA Cα, care a dezvăluit structura bi-lobică a miezului protein kinazei pentru prima dată, oferind un plan pentru toate celelalte proteine ​​kinaze dintr-un genom (kinomul).

Structura

Când este inactivă, holoenzima PKA există ca un tetramer care constă din două subunități de reglare și două subunități catalitice. Subunitatea catalitică conține situl activ, o serie de reziduuri canonice găsite în protein kinaze care se leagă și hidrolizează ATP și un domeniu care leagă subunitatea de reglare. Subunitatea de reglementare are domenii de legat la AMP ciclic, un domeniu care interacționează cu subunitatea catalitică și un domeniu autoinhibitor. Există două forme majore de subunitate de reglementare; RI și RII.

Celulele de mamifere au cel puțin două tipuri de PKA: tipul I se află în principal în citosol , în timp ce tipul II este legat prin intermediul subunităților sale de reglare și a proteinelor speciale de ancorare, descrise în secțiunea de ancorare , de membrana plasmatică , membrana nucleară , membrana exterioară mitocondrială , și microtubuli . În ambele tipuri, odată ce subunitățile catalitice sunt eliberate și active, ele pot migra în nucleu (unde pot fosforila proteinele reglatoare ale transcripției), în timp ce subunitățile reglatoare rămân în citoplasmă.

Următoarele gene umane codifică subunități PKA:

Mecanism

Prezentare generală: mecanisme de activare și inactivare ale PKA

Activare

PKA este, de asemenea, cunoscută sub numele de proteină kinază dependentă de AMPc, deoarece în mod tradițional s-a crezut că este activată prin eliberarea subunităților catalitice atunci când nivelurile celui de-al doilea mesager numit adenozin monofosfat ciclic sau AMPc cresc, ca răspuns la o varietate de semnale. Cu toate acestea, studii recente care evaluează complexele intacte de holoenzimă, inclusiv complexele de semnalizare legate de AKAP, au sugerat că activarea subcelulară locală a activității catalitice a PKA ar putea continua fără separarea fizică a componentelor de reglare și catalitice, în special la concentrațiile fiziologice ale AMPc . În schimb, concentrațiile supra-fiziologice de AMPc induse experimental, adică mai mari decât observate în mod normal în celule, sunt capabile să provoace separarea holoenzimelor și eliberarea subunităților catalitice.

Hormonii extracelulari, cum ar fi glucagonul și epinefrina , încep o cascadă de semnalizare intracelulară care declanșează activarea protein kinazei A prin legarea mai întâi de un receptor cuplat cu proteina G (GPCR) de pe celula țintă. Când un GPCR este activat de ligandul său extracelular, o modificare conformațională este indusă în receptor care este transmisă unui complex de proteine G heterotrimeric intracelular atașat prin dinamica domeniului proteic . Gs subunitatea alfa a stimulat proteina G schimburilor complexe PIB pentru GTP într - o reacție catalizată de GPCR și este eliberat din complex. Subunitatea Gs alfa activată se leagă și activează o enzimă numită adenilil ciclază , care, la rândul său, catalizează conversia ATP în AMPc, crescând direct nivelul AMPc. Patru molecule AMPc sunt capabile să se lege de cele două subunități de reglare. Acest lucru se realizează prin legarea a două molecule AMPc de fiecare dintre cele două situsuri de legare AMPc (CNB-B și CNB-A), ceea ce induce o schimbare conformațională a subunităților de reglementare ale PKA, determinând subunitățile să se detașeze și să le dezlănțuiască pe cele două, acum activate, subunități catalitice.

Odată eliberate din subunitatea de reglare inhibitoare, subunitățile catalitice pot continua să fosforileze o serie de alte proteine ​​în contextul minim al substratului Arg-Arg-X-Ser / Thr., Deși sunt încă supuse altor straturi de reglare, inclusiv modularea prin inhibitorul stabil al căldurii al pseudosubstratului PKA, denumit PKI.

Mai jos este o listă cu pașii implicați în activarea PKA:

  1. AMPc citosolic crește
  2. Două molecule AMPc se leagă de fiecare subunitate reglatoare PKA
  3. Subunitățile de reglare se deplasează în afara locurilor active ale subunităților catalitice și complexul R2C2 se disociază
  4. Subunitățile catalitice libere interacționează cu proteinele pentru a fosforila reziduurile Ser sau Thr.

Cataliză

Subunitățile catalitice eliberate pot cataliza apoi transferul de fosfați ATP terminali pe substraturi proteice la reziduuri de serină sau treonină . Această fosforilare are ca rezultat de obicei o schimbare a activității substratului. Deoarece PKA sunt prezente într-o varietate de celule și acționează pe diferite substraturi, reglarea PKA și reglarea AMPc sunt implicate în mai multe căi diferite.

Mecanismele efectelor ulterioare pot fi împărțite în fosforilarea directă a proteinelor și sinteza proteinelor:

  • În fosforilarea directă a proteinelor, PKA crește sau scade direct activitatea unei proteine.
  • În sinteza proteinelor, PKA activează mai întâi direct CREB , care leagă elementul de răspuns AMPc (CRE), modificând transcripția și, prin urmare, sinteza proteinei. În general, acest mecanism necesită mai mult timp (de la ore la zile).

Mecanismul de fosforilare

Reziduul serină / treonină al peptidei substratului este orientat în așa fel încât gruparea hidroxil să se confrunte cu gruparea gamma fosfat a moleculei ATP legate. Atât substratul, ATP, cât și doi ioni Mg2 + formează contacte intense cu subunitatea catalitică a PKA. În conformația activă, helica C se împachetează împotriva lobului N-terminal și reziduul Aspartat al motivului DFG conservat chelează ionii Mg2 +, ajutând la poziționarea substratului ATP. Grupul trifosfat de ATP arată din buzunarul adenozinei pentru transferul gamma-fosfatului la serină / treonină a substratului peptidic. Există mai multe reziduuri conservate, inclusiv glutamat (E) 91 și lizină (K) 72, care mediază poziționarea grupărilor alfa și beta-fosfat. Grupa hidroxil a serinei / treoninei substratului peptidic atacă gruparea fosfat gamma la fosfor printr-o reacție nucleofilă SN2, care are ca rezultat transferul fosfatului terminal la substratul peptidic și scindarea legăturii fosfodiesterice între beta-fosfat și grupări gamma-fosfat. PKA acționează ca un model pentru înțelegerea biologiei protein kinazei , poziția reziduurilor conservate ajutând la distingerea protein kinazei active și a pseudokinazei inactive ale kinomului uman.

Inactivare

tabără

Reglarea descendentă a protein kinazei A are loc printr-un mecanism de feedback și folosește un număr de enzime cAMP care hidrolizează fosfodiesteraza (PDE), care aparțin substraturilor activate de PKA. Fosfodiesteraza convertește rapid AMPc în AMP, reducând astfel cantitatea de AMPc care poate activa protein kinaza A. PKA este, de asemenea, reglementată de o serie complexă de evenimente de fosforilare, care pot include modificarea prin autofosforilare și fosforilarea prin kinaze reglatoare, cum ar fi PDK1.

Astfel, PKA este controlat, parțial, de nivelurile cAMP . De asemenea, subunitatea catalitică în sine poate fi reglată în jos prin fosforilare.

Ancorare

Dimerul de subunitate reglator al PKA este important pentru localizarea kinazei în interiorul celulei. Domeniul de dimerizare și andocare (D / D) al dimerului se leagă de domeniul de legare A-kinază (AKB) al proteinei ancorei A-kinazei (AKAP). AKAP localizează PKA în diferite locații (de exemplu, membrană plasmatică, mitocondrii etc.) în interiorul celulei.

AKAP-urile leagă multe alte proteine ​​de semnalizare, creând un hub de semnalizare foarte eficient într-o anumită locație din interiorul celulei. De exemplu, un AKAP situat în apropierea nucleului unei celule musculare cardiace ar lega atât PKA, cât și fosfodiesteraza (hidrolizează AMPc), ceea ce permite celulei să limiteze productivitatea PKA, deoarece subunitatea catalitică este activată odată ce AMPc se leagă de subunitățile de reglare.

Funcţie

PKA fosforilează proteinele care au expus motivul arginină-arginină-X-serină, la rândul său (dez) activând proteinele. Există multe substraturi posibile ale PKA; o listă cu astfel de substraturi este disponibilă și menținută de NIH .

Deoarece expresia proteinelor variază de la tipul celulei la tipul celulei, proteinele disponibile pentru fosforilare vor depinde de celula în care este prezent PKA. Astfel, efectele activării PKA variază în funcție de tipul de celulă :

Tabel general

Tipul celulei Organ / sistem Stimulatori
liganzi → G s - GPCR
sau inhibitori PDE 		Inhibitori
liganzi → G i - GPCR
sau stimulatori PDE		 Efecte
adipocit
miocit ( mușchi scheletic ) sistem muscular
miocit ( mușchi cardiac ) cardiovascular
miocit ( mușchi neted ) cardiovascular Contribuie la vasodilatație (fosforilează și, prin urmare, inactivează, kinaza cu lanț ușor a miozinei )
hepatocite ficat
neuronii din nucleul accumbens sistem nervos dopamina → receptorul dopaminei Activați sistemul de recompensă
celule principale din rinichi rinichi
Celulă membră ascendentă groasă rinichi Vasopresina → receptorul V2 stimulează simportorul Na-K-2Cl (poate doar efect minor)
Celulă tubulară de colectare corticală rinichi Vasopresina → receptorul V2 stimulează canalul de sodiu epitelial (poate doar efect minor)
Celula canalului colector interior medular rinichi Vasopresina → receptorul V2
celula tubulară contorsionată proximală rinichi PTH → receptorul PTH 1 Inhibare NHE3 → ↓ H + secreție
celula juxtaglomerulară rinichi secreția de renină

La adipocite și hepatocite

Epinefrina și glucagonul afectează activitatea protein kinazei A prin modificarea nivelurilor de AMPc într-o celulă prin mecanismul proteinei G, utilizând adenilat ciclază . Protein kinaza A acționează pentru fosforilarea multor enzime importante în metabolism. De exemplu, protein kinaza A fosforilează acetil-CoA carboxilaza și piruvatul dehidrogenază . O astfel de modificare covalentă are un efect inhibitor asupra acestor enzime, inhibând astfel lipogeneza și promovând gluconeogeneza netă . Insulina, pe de altă parte, scade nivelul de fosforilare a acestor enzime, ceea ce favorizează în schimb lipogeneza. Amintiți-vă că gluconeogeneza nu apare în miocite.

În neuronii nucleului accumbens

PKA ajută la transferul / traducerea semnalului de dopamină în celulele din nucleul accumbens , care mediază recompensa, motivația și evidențierea sarcinii . Marea majoritate a percepției recompensei implică activarea neuronală în nucleul accumbens, dintre care unele exemple includ sexul, drogurile recreative și mâncarea. Protein Kinase O cale de transducție a semnalului ajută la modularea consumului de etanol și a efectelor sale sedative. Un studiu efectuat la șoareci raportează că șoarecii cu semnalizare cAMP-PKA redusă genetic rezultă într-un consum mai mic de etanol și sunt mai sensibili la efectele sale sedative.

În mușchiul scheletic

PKA este direcționat către locații subcelulare specifice după legarea la AKAP . Receptorul Ryanodinei (RyR) co-localizează cu mușchiul AKAP și fosforilarea RyR și efluxul de Ca 2+ este crescut prin localizarea PKA la RyR de către AKAPs.

În mușchiul cardiac

Într-o cascadă mediată de un GPCR cunoscut sub numele de adrenoceptor β 1 , activat de catecolamine (în special norepinefrină ), PKA se activează și fosforilează numeroase ținte, și anume: canale de calciu de tip L , fosfolamban , troponină I , proteina C de legare a miozinei și canale de potasiu . Acest lucru crește inotropia , precum și lusitropia , crescând forța de contracție, precum și permițând mușchilor să se relaxeze mai repede.

În formarea memoriei

PKA a fost întotdeauna considerat important în formarea unei amintiri . În musca fructelor , reducerea activității de exprimare a DCO (gena codificatoare a subunității catalitice PKA) poate provoca dizabilități severe de învățare, memorie pe termen mediu și memorie pe termen scurt. Memoria pe termen lung depinde de factorul de transcripție CREB, reglementat de PKA. Un studiu realizat pe drosofila a raportat că o creștere a activității PKA poate afecta memoria pe termen scurt. Cu toate acestea, o scădere a activității PKA cu 24% a inhibat abilitățile de învățare și o scădere cu 16% a afectat atât capacitatea de învățare, cât și păstrarea memoriei. Formarea unei memorii normale este extrem de sensibilă la nivelurile PKA.

Vezi si

Referințe

  1. ^ Knighton, DR; Zheng, JH; Ten Eyck, LF; Xuong, NH; Taylor, SS; Sowadski, JM (26.07.1991). "Structura unui inhibitor peptidic legat de subunitatea catalitică a protein kinazei adenozin monofosfat ciclice dependente". Știință . 253 (5018): 414-420. Bibcode : 1991Sci ... 253..414K . doi : 10.1126 / science.1862343 . ISSN  0036-8075 . PMID  1862343 .
  2. ^ Turnham, Rigney E .; Scott, John D. (2016-02-15). "Protein kinaza A subunitate catalitică izoformă PRKACA; Istorie, funcție și fiziologie" . Gene . 577 (2): 101–108. doi : 10.1016 / j.gene.2015.11.052 . PMC  4713328 . PMID  26687711 .
  3. ^ Manning, G .; Whyte, DB; Martinez, R .; Hunter, T .; Sudarsanam, S. (2006-12-06). "Complementul protein kinază al genomului uman". Știință . 298 (5600): 1912–1934. Bibcode : 2002Sci ... 298.1912M . doi : 10.1126 / science.1075762 . ISSN  1095-9203 . PMID  12471243 . S2CID  26554314 .
  4. ^ Bauman AL, Scott JD (august 2002). "Proteine ​​de ancorare kinază și fosfatază: valorificarea duo-ului dinamic". Nature Cell Biology . 4 (8): E203-6. doi : 10.1038 / ncb0802-e203 . PMID  12149635 . S2CID  1276537 .
  5. ^ Alberts, Bruce (18 noiembrie 2014). Biologia moleculară a celulei (ediția a șasea). New York. p. 835. ISBN 978-0-8153-4432-2. OCLC  887605755 .
  6. ^ a b Smith, FD; Esseltine, JL; Nygren, PJ; Veesler, D; Byrne, DP; Vonderach, M; Strashnov, eu; Eyers, CE; Eyers, PA; Langeberg, LK; Scott, JD (2017). „Acțiunea proteinei kinazei locale se desfășoară prin holoenzime intacte” . Știință . 356 (6344): 1288–1293. Bibcode : 2017Sci ... 356.1288S . doi : 10.1126 / science.aaj1669 . PMC  5693252 . PMID  28642438 .
  7. ^ a b c Byrne, DP; Vonderach, M; Feriboturi, S; Brownridge, PJ; Eyers, CE; Eyers, PA (2016). "Complexe protein kinază (PKA) dependente de AMPc sondate prin fluorimetrie de scanare diferențială complementară și spectrometrie de masă cu mobilitate ionică" . Jurnal Biochimic . 473 (19): 3159-3175. doi : 10.1042 / bcj20160648 . PMC  5095912 . PMID  27444646 .
  8. ^ Lodish; și colab. (2016). „15,5”. Biologie celulară moleculară (ed. A VIII-a). WH Freeman and Company. p. 701. ISBN 978-1-4641-8339-3.
  9. ^ Voet, Voet & Pratt (2008). Fundamentele biochimiei , ediția a III-a. Wiley. Pag. 432
  10. ^ Scott, JD; Glaccum, MB; Fischer, EH; Krebs, EG (1986). "Cerințe de structură primară pentru inhibarea de către inhibitorul stabil la căldură a protein kinazei dependente de AMPc" . PNAS . 83 (6): 1613–1616. Cod Bib : 1986PNAS ... 83.1613S . doi : 10.1073 / pnas.83.6.1613 . PMC  323133 . PMID  3456605 .
  11. ^ "Substraturi PKA" . NIH .
  12. ^ a b c d e Rang HP (2003). Farmacologie . Edinburgh: Churchill Livingstone. ISBN 978-0-443-07145-4. Pagina 172
  13. ^ Rodriguez P, Kranias EG (decembrie 2005). „Fosfolamban: un factor determinant cheie al funcției și disfuncției cardiace”. Archives des Maladies du Coeur et des Vaisseaux . 98 (12): 1239–43. PMID  16435604 .
  14. ^ a b c d e Boron WF, Boulpaep EL (2005). Fiziologie medicală: o abordare celulară și moleculară (ed. Actualizată). Philadelphia, Pa .: Elsevier Saunders. p. 842. ISBN 978-1-4160-2328-9.
  15. ^ Boron WF, Boulpaep EL (2005). Fiziologie medicală: o apreciere celulară și moleculară (ed. Actualizată). Philadelphia, Pa .: Elsevier Saunders. p. 844. ISBN 978-1-4160-2328-9.
  16. ^ Boron WF, Boulpaep EL (2005). Fiziologie medicală: o abordare celulară și moleculară (ed. Actualizată). Philadelphia, Pa .: Elsevier Saunders. p. 852. ISBN 978-1-4160-2328-9.
  17. ^ a b c d Boron WF, Boulpaep EL (2005). Fiziologie medicală: o abordare celulară și moleculară (ed. Actualizată). Philadelphia, Pa .: Elsevier Saunders. p. 867. ISBN 978-1-4160-2328-9.
  18. ^ Baghetă, Gary; Levine, Michael; Zweifel, Larry; Schwindinger, William; Abel, Ted (15-07-2001). "Calea de transducție a semnalului AMPc-kinază A Modulează consumul de etanol și efectele sedative ale etanolului" . Journal of Neuroscience . 21 (14): 5297–5303. doi : 10.1523 / JNEUROSCI.21-14-05297.2001 . ISSN  0270-6474 . PMC  6762861 . PMID  11438605 .
  19. ^ Ruehr, Mary L .; Russell, Mary A .; Ferguson, Donald G .; Bhat, Manju; Ma, Jianjie; Damron, Derek S .; Scott, John D .; Bond, Meredith (04.07.2003). „Direcționarea proteinelor kinazei A de către mușchiul A proteina de ancorare a kinazei (mAKAP) reglează fosforilarea și funcția receptorului ryanodinei musculare scheletice” . Jurnalul de chimie biologică . 278 (27): 24831–24836. doi : 10.1074 / jbc.M213279200 . ISSN  0021-9258 . PMID  12709444 .
  20. ^ Shah, Ajay M .; Solaro, R. John; Layland, Joanne (01.04.2005). „Reglarea funcției contractile cardiace prin fosforilarea troponinei I” . Cercetări cardiovasculare . 66 (1): 12-21. doi : 10.1016 / j.cardiores.2004.12.022 . ISSN  0008-6363 . PMID  15769444 .
  21. ^ Boron, Walter F .; Boulpaep, Emile L. (2012). Fiziologie medicală: o abordare celulară și moleculară . Boron, Walter F. ,, Boulpaep, Emile L. (Ed. A doua actualizată). Philadelphia, PA. ISBN 9781437717532. OCLC  756281854 .
  22. ^ Horiuchi, Junjiro; Yamazaki, Daisuke; Naganos, Shintaro; Aigaki, Toshiro; Saitoe, Minoru (30.12.2008). „Protein kinaza A inhibă o formă consolidată de memorie în Drosophila” . Lucrările Academiei Naționale de Științe . 105 (52): 20976–20981. Bibcode : 2008PNAS..10520976H . doi : 10.1073 / pnas.0810119105 . ISSN  0027-8424 . PMC  2634933 . PMID  19075226 .

linkuri externe

Note