Строение и функции протеинтриозинкиназ - PDGF, IRS
Большая группа протеинтирозинкиназ представляет собой рецепторы, которые проходят через плазматическую мембрану и способны связывать внеклеточные лиганды. Обычно рецепторы активируются под действием ростовых факторов, нормальная физиологическая функция которых состоит в обеспечении роста, пролиферации, развития или процесса дифференцировки.
К этой группе относятся рецепторы инсулина, эпидермального (EGF) и тромбоцитарного (PDGF) факторов роста. Эти рецепторы контролируют активность представителей многих других семейств протеинкиназ и непосредственно регулируют другие сигнальные белки.
Поскольку рецепторные тирозинкиназы играют роль регуляторов роста, мутации, которые приводят к их активации, часто оказываются онкогенными. Например, онкоген erbВ возникает в результате мутации, приводящей к утрате домена, связывающего внеклеточный лиганд и находящегося в молекуле киназы, родственной рецептору EGF.
В результате этой мутации происходит конститутиваная активация домена протеинкиназы. Точечные мутации, затрагивающие трансмембранный домен, также могут вызывать активацию онкогенов, как это, например, имеет место для онкогена neu/HER2, близкого к рецептору EGF.
Рецепторные тирозинкиназы различаются по внеклеточным доменам связывающим лиганды и, исключая консервативный тирозинкиназный домен, по их внутриклеточным регуляторным областям. Обычно эти рецепторы, в расчете на мономер, один раз проходят через мембрану, однако некоторые из них проходят два раза.
Это, например, имеет место для инсулинового рецептора, представляющего собой гетеротетрамер, связанный дисульфидными связями. Связывание лиганда с рецептором тирозинкиназы способствует его олигомеризации и увеличивает активность киназы. При этом усиливается фосфорилирование Tyr во внутриклеточном домене рецептора и связанных с ним молекул. Эти последовательности, содержащие сайты фосфорилированного тирозина, создают места связывания для дополнительных передатчиков сигналов и адаптеров.
Сравнение PDGF и инсулиновых рецепторов выявляет общие характеристики и свойства рецепторных тирозинкиназ. Два рецептора PDGF представляют собой мономерные рецепторные тирозинкиназы. Инсулиновый рецептор существует в двух формах, образующихся при альтернативном сплайсинге, каждая из которых является гетеротетрамером двух а- и двух b-субъединиц. В каждом случае изоформы рецептора используют уникальные механизмы передачи сигналов.
PDGF как и инсулин стимулируют активность киназы своих рецепторов, что приводит к образованию олигомеров и к аутофосфорилированию. Как показано на рисунке ниже, в PDGF рецепторе фосфорилируются семь или более сайтов, и каждый остаток фосфотирозина образует сайт связывания для одного или нескольких белков, содержащих SH2 домен. PDGF рецептор связывает РI3-киназу, р190 Ras GAP, фосфолипазу С-у, Src (который может катализировать фосфорилирование дополнительных остатков Tyr рецептора), и SH2 тирозин фосфатазу, которая сама связывает адаптер Grb2.
Все эти белки, за исключением Src, также являются субстратами для рецептора. Таким образом, отбор субстратов для связывания с рецептором происходит при специфическом взаимодействии их SH2 доменов с фосфотирозиновыми рецепторами, что приводит к изменению активности и характера распределения многочисленных внутриклеточных передатчиков сигнала. В результате прохождения всех сигнальных событий, в процессе развития и при заживлении ран усиливается пролиферация соединительной ткани.
Как показано на рисунке ниже, инсулиновый рецептор подвергается аутофосфорилированию, в результате чего он стабилизируется в активном состоянии и на нем образуется небольшое количество сайтов связывания. Ключевым событием является фосфорилирование Tyr белковых субстратов инсулинового рецептора (IRS), а именно IRS1, которое происходит, по крайней мере, по двенадцати сайтам.
IRS1 взаимодействует с несколькими сигнальными эффекторами, которые, в случае PDGF непосредственно связываются с рецептором. К числу этих мишеней относится PI-3 киназа, активирующая Akt-2. Также при этом затрагиваются несколько существенных метаболических эффектов инсулина. Белки IRS также фосфорилируются серин/треонинпротеинкиназой, что модулирует их способность к передаче сигналов.
Фосфорилирование остатков Tyr часто приводит к усилению ферментативной активности белков. Часть белков активируется, главным образом, вследствие того что становится ближе к своим мишеням. Это происходит за счет связывания их SH2 доменов с фосфотирозиновыми сайтами рецептора или IRS авдаптера. Детали функционирования многих рецепторов тирозинкиназы определяются перекрывающимся набором передатчиков сигнала, с которыми они взаимодействуют, различиями в количестве этих передатчиков и дополнительных адаптерных белков, а также характером экспрессии рецептора.
PDGF связывается со своим рецептором и индуцирует его аутофосфорилирование.
Фосфорилированный рецептор связывает белки-мишени, содержащие домены SH2.
Связывание инсулина со своим рецептором приводит к активации рецепторной протеинтирозинкиназы и к ее аутофосфорилированию.
Рецепторная киназа также фосфорилирует IRS1, большой адаптерный белок, содержащий много потенциальных сайтов фосфорилирования.
IRS1 является необходимым промежуточным компонентом действия инсулина.
PI 3-киназа связывается с IRS1 через SH2 домен, находящийся в субъединице р85.
Akt и PDK1 связываются с PIР3, который образуется активированной PI 3-киназой таким образом, что PDK1 может фосфорилировать и активировать Akt.