Фосфоинозитид-3-киназа - Phosphoinositide 3-kinase

Фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат-3-киназа
PI3kinase.png
Ингибитор PIK-93 (желтый) связывается с гамма-субъединицей PI3K 110.
Идентификаторы
Условное обозначение PI3K
Pfam PF00454
ИнтерПро IPR000403
УМНЫЙ SM00146
ПРОФИЛЬ PDOC00710
SCOP2 3гмм / ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ / СУПФАМ
OPM суперсемейство 265
Белок OPM 3 мл9
Фосфоинозитид-3-киназа
Идентификаторы
ЕС нет. 2.7.1.137
№ CAS 115926-52-8
Базы данных
IntEnz Просмотр IntEnz
BRENDA BRENDA запись
ExPASy Просмотр NiceZyme
КЕГГ Запись в KEGG
MetaCyc метаболический путь
ПРИАМ профиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum

Фосфоинозитид-3-киназы ( PI3K ), также называемые фосфатидилинозитол-3-киназами , представляют собой семейство ферментов, участвующих в клеточных функциях, таких как рост, пролиферация, дифференцировка, подвижность, выживаемость и внутриклеточный транспорт, которые, в свою очередь, участвуют в развитии рака.

PI3K представляют собой семейство родственных ферментов, передающих внутриклеточный сигнал, способных фосфорилировать гидроксильную группу в 3 положении инозитолового кольца фосфатидилинозитола (PtdIns). Путь с онкогеном PIK3CA и геном-супрессором опухолей PTEN участвует в чувствительности раковых опухолей к инсулину и IGF1 , а также в ограничении калорийности .

Открытие

Открытие PI3Ks Льюисом Кэнтли и его коллегами началось с их идентификации ранее неизвестной фосфоинозитидкиназы, связанной со средним Т-белком полиомы . Они наблюдали уникальную субстратную специфичность и хроматографические свойства продуктов липидкиназы, что привело к открытию, что эта фосфоинозитидкиназа обладает беспрецедентной способностью фосфорилировать фосфоинозитиды в 3'-положении инозитолового кольца. Впоследствии Кэнтли и его коллеги продемонстрировали, что in vivo фермент предпочитает PtdIns (4,5) P2 в качестве субстрата, производя новый фосфоинозитид PtdIns (3,4,5) P3, ранее идентифицированный в нейтрофилах.

Классы

Семейство PI3K делится на четыре различных класса: класс I , класс II , класс III и класс IV. Классификация основана на первичной структуре, регуляции и специфичности липидного субстрата in vitro .

I класс

PI3K класса I катализируют превращение фосфатидилинозитол (4,5) -бисфосфата (PI (4,5) P 2 ) в фосфатидилинозитол (3,4,5) -трифосфат (PI (3,4,5) P 3 ) in vivo. . Было также показано, что in vitro они превращают фосфатидилинозит (PI) в фосфатидилинозитол-3-фосфат (PI3P) и фосфатидилинозитол-4-фосфат (PI4P) в фосфатидилинозитол (3,4) -бисфосфат (PI (3,4) P 2 ). , эти реакции крайне нежелательны in vivo. PI3K активируется G-белком рецепторов и рецепторов тирозинкиназы .

PI3K класса I представляют собой гетеродимерные молекулы, состоящие из регуляторной и каталитической субъединиц ; далее они делятся на подмножества IA и IB по сходству последовательностей. PI3K класса IA состоят из гетеродимера между каталитической субъединицей p110 и регуляторной субъединицей p85. Существует пять вариантов регуляторной субъединицы p85, обозначенных p85α , p55α , p50α , p85β и p55γ . Есть также три варианта каталитической субъединицы p110, обозначенные как каталитическая субъединица p110α, β или δ. Первые три регуляторные субъединицы представляют собой сплайсинговые варианты одного и того же гена ( Pik3r1 ), а две другие экспрессируются другими генами (Pik3r2 и Pik3r3, p85β и p55γ соответственно). Наиболее выраженной регуляторной субъединицей является p85α; все три каталитические субъединицы экспрессируются отдельными генами ( Pik3ca , Pik3cb и Pik3cd для p110α , p110β и p110δ соответственно). Первые две изоформы p110 (α и β) экспрессируются во всех клетках, но p110δ экспрессируется главным образом в лейкоцитах , и было высказано предположение, что он развивался параллельно с адаптивной иммунной системой. Регуляторная субъединица p101 и каталитическая субъединица p110γ включают PI3K класса IB и каждый из них кодируются одним геном ( Pik3cg для p110γ и Pik3r5 для p101).

Субъединицы p85 содержат домены SH2 и SH3 ( онлайн-менделевское наследование у человека (OMIM): 171833 ). Домены SH2 предпочтительно связываются с фосфорилированными остатками тирозина в контексте аминокислотной последовательности YXXM.

Классы II и III

Обзор путей передачи сигналов, участвующих в апоптозе .

PI3K класса II и III отличаются от класса I своей структурой и функцией. Отличительной особенностью PI3K класса II является C-концевой домен C2. В этом домене отсутствуют критические остатки Asp для координации связывания Ca 2+ , что указывает на то, что PI3K класса II связывают липиды Ca 2+ -независимым образом.

Класс II включает три каталитические изоформы (C2α, C2β и C2γ), но, в отличие от классов I и III, не содержит регуляторных белков. Класс II катализирует образование PI (3) P из PI и PI (3,4) P 2 из PI (4) P; однако мало что известно об их роли в иммунных клетках. PI (3,4) P 2 , однако, как было показано, играют важную роль в фазе инвагинации клатрин-опосредованного эндоцитоза. C2α и C2β экспрессируются в организме, но экспрессия C2γ ограничена гепатоцитами .

PI3K класса III продуцируют только PI (3) P из PI, но более похожи на класс I по структуре, поскольку они существуют в виде гетеродимеров каталитической ( Vps34 ) и регуляторной (Vps15 / p150) субъединиц. Класс III, по-видимому, в первую очередь участвует в перемещении белков и везикул. Однако есть доказательства того, что они могут способствовать эффективности нескольких процессов, важных для иммунных клеток, не в последнюю очередь фагоцитоза .

IV класс

Группу более отдаленно связанных ферментов иногда называют PI3K класса IV. Он состоит из мутировавшей атаксии, телеангиэктазии (ATM), атаксии, телеангиэктазии и связанной с Rad3 (ATR), ДНК-зависимой протеинкиназы (DNA-PK) и мишени рапамицина у млекопитающих (mTOR). Это протеинкиназы серин / треонин.

Гены человека

группа ген белок псевдонимы Номер ЕС
каталитический класс 1 PIK3CA PI3K, каталитический, альфа-полипептид p110-α 2.7.1.153
PIK3CB PI3K, каталитический, бета-полипептид p110-β
PIK3CG PI3K, каталитический, гамма-полипептид p110-γ
PIK3CD PI3K, каталитический, дельта-полипептид p110-δ
регулирующий класс 1 ПИК3Р1 PI3K, регуляторная субъединица 1 (альфа) p85-α N / A
ПИК3Р2 PI3K, регуляторная субъединица 2 (бета) p85-β
ПИК3Р3 PI3K, регуляторная субъединица 3 (гамма) p55-γ
ПИК3Р4 PI3K, регуляторная субъединица 4 p150
ПИК3Р5 PI3K, регуляторная субъединица 5 p101
ПИК3Р6 PI3K, регуляторная субъединица 6 стр. 87
2 класс PIK3C2A PI3K, класс 2, альфа-полипептид PI3K-C2α 2.7.1.154
PIK3C2B PI3K, класс 2, бета-полипептид PI3K-C2β
PIK3C2G PI3K, класс 2, гамма-полипептид PI3K-C2γ
3 класс PIK3C3 PI3K, класс 3 Vps34 2.7.1.137

Механизм

Различные 3-фосфорилированные фосфоинозитиды , которые продуцируются PI3K ( PtdIns3P , PtdIns (3,4) P2 , PtdIns (3,5) P2 и PtdIns (3,4,5) P3 ), действуют по механизму, с помощью которого различные группы сигнальных белков, содержащих PX-домены , домены гомологии плекстрина (PH-домены), FYVE-домены или другие фосфоинозитид-связывающие домены, рекрутируются на различные клеточные мембраны.

Функция

PI3K связаны с чрезвычайно разнообразной группой клеточных функций, включая рост, пролиферацию, дифференцировку, подвижность, выживание и внутриклеточный трафик. Многие из этих функций связаны со способностью PI3K класса I активировать протеинкиназу B (PKB, также известную как Akt), как в пути PI3K / AKT / mTOR . В p110δ и p110γ изоформы регулируют различные аспекты иммунного ответа. PI3K также являются ключевым компонентом сигнального пути инсулина . Следовательно, существует большой интерес к роли передачи сигналов PI3K при сахарном диабете .

Механизм

Домен pleckstrin гомологии из AKT соединяется непосредственно с PtdIns (3,4,5) P3 и PtdIns (3,4) Р2 , которые производятся активированной PI3Ks. Поскольку PtdIns (3,4,5) P3 и PtdIns (3,4) P2 ограничены плазматической мембраной, это приводит к транслокации AKT на плазматическую мембрану. Аналогичным образом, фосфоинозитид-зависимая киназа-1 (PDK1 или, что редко называют PDPK1) также содержит домен гомологии плекстрина, который напрямую связывается с PtdIns (3,4,5) P3 и PtdIns (3,4) P2, вызывая его также перемещаются к плазматической мембране при активации PI3K. Взаимодействие активированных PDK1 и AKT позволяет AKT фосфорилироваться PDK1 по треонину 308, что приводит к частичной активации AKT. Полная активация AKT происходит при фосфорилировании серина 473 комплексом TORC2 протеинкиназы mTOR .

PI3K / AKT путь было показано, что требуется для чрезвычайно разнообразных клеточных процессов - в первую очередь клеточной пролиферации и выживания. Например, было показано, что он участвует в защите астроцитов от апоптоза, индуцированного церамидами.

Было идентифицировано множество других белков, которые регулируются PtdIns (3,4,5) P3, включая тирозинкиназу Брутона (BTK), общий рецептор фосфоинозитидов-1 (GRP1) и O-связанный N-ацетилглюкозамин (O-GlcNAc ) трансфераза .

PtdIns (3,4,5) P3 также активирует факторы обмена гуанин-нуклеотидов (GEFs), которые активируют GTPase Rac1, что приводит к полимеризации актина и перестройке цитоскелета.

Рак

Класса IA PI3K p110α мутируют во многих видов рака. Многие из этих мутаций делают киназу более активной. Это единственная наиболее мутированная киназа в глиобластоме, наиболее злокачественной первичной опухоли головного мозга. PtdIns (3,4,5) P 3 фосфатаза PTEN, которая противодействует передаче сигналов PI3K, отсутствует во многих опухолях. Кроме того, рецептор эпидермального фактора роста EGFR, который функционирует выше PI3K, мутационно активируется или сверхэкспрессируется при раке. Следовательно, активность PI3K вносит значительный вклад в клеточную трансформацию и развитие рака . Было показано, что злокачественные В-клетки поддерживают «тоническую» активность оси PI3K / Akt за счет активации адапторного белка GAB1, и это также позволяет В-клеткам выжить при таргетной терапии ингибиторами BCR.

Обучение и память

PI3K также участвуют в долговременной потенциации (ДП). Вопрос о том, необходимы ли они для экспрессии или индукции LTP, все еще обсуждается. В нейронах CA1 гиппокампа мышей некоторые PI3K образуют комплексы с рецепторами AMPA и компартментализируются с постсинаптической плотностью глутаматергических синапсов. PI3K фосфорилируются под действием NMDA-рецептора- зависимой активности CaMKII, и затем это способствует встраиванию субъединиц AMPA-R GluR1 в плазматическую мембрану. Это предполагает, что PI3K необходимы для экспрессии LTP. Кроме того, ингибиторы PI3K отменяют экспрессию LTP в СА1 гиппокампа крысы, но не влияют на ее индукцию. Примечательно, что зависимость экспрессии LTP на поздней фазе от PI3Ks, по-видимому, снижается со временем.

Однако другое исследование показало, что ингибиторы PI3K подавляют индукцию, но не экспрессию LTP в CA1 гиппокампа мыши. Путь PI3K также привлекает многие другие белки, расположенные ниже по течению, включая mTOR , GSK3β и PSD-95 . Путь PI3K-mTOR ведет к фосфорилированию p70S6K , киназы, которая способствует трансляционной активности, что также предполагает, что вместо этого PI3K необходимы для фазы синтеза белка для индукции LTP.

PI3K взаимодействуют с субстратом рецептора инсулина (IRS) для регулирования поглощения глюкозы посредством серии событий фосфорилирования.

PI 3-киназы как протеинкиназы

Многие PI3K обладают серин / треонинкиназной активностью in vitro ; однако неясно, играет ли это какую-либо роль in vivo .

Торможение

Все PI3Ks подавляются Фармакологическое вортманнином и LY294002 , хотя некоторые члены класса II PI3K семьи показывают пониженную чувствительность. Вортманнин показывает лучшую эффективность, чем LY294002, в позициях горячих точек мутации (GLU542, GLU545 и HIS1047).

Ингибиторы PI3K как терапевтические средства

Как вортманнин и LY294002 широких дальности ингибиторы PI3Ks и ряд неродственных белков при более высоких концентрациях, они являются слишком токсичными , чтобы быть использована в качестве терапевтических средств . Таким образом, ряд фармацевтических компаний разработали ингибиторы, специфичные для изоформы PI3K. По состоянию на январь 2019 г. FDA одобрило три ингибитора PI3K для рутинного клинического применения у людей: ингибитор PIK3CD иделалисиб (июль 2014 г., NDA 206545 ), двойной ингибитор PIK3CA и PIK3CD копанлисиб (сентябрь 2017 г., NDA 209936 ) и двойной ингибитор PIK3CA и PIK3CD. PIK3CD и PIK3CG ингибитор duvelisib (сентябрь 2018, NDA 211155 ). Совместное ингибирование пути с другими путями, такими как MAPK или PIM, было выделено как многообещающая противораковая терапевтическая стратегия, которая может дать преимущество по сравнению с монотерапевтическим подходом за счет обхода компенсаторной передачи сигналов, замедления развития резистентности и потенциально позволяющего уменьшить дозирование.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки