PKB/Akt

Oś PDK1-PKB/Akt stanowi jeden z najaktywniej badanych szlaków sygnalizacji komórkowej. Wiadomo, że ta kaskada kinaz białkowych odgrywa centralną rolę w pośredniczeniu w działaniu szeregu bodźców, w tym insuliny, czynników wzrostu, integryn i GPCR, a także bierze udział w regulacji przeżycia komórek, metabolizmu komórkowego (w tym stymulowanego insuliną transportu glukozy i syntezy glikogenu), ekspresji genów, wejścia w cykl komórkowy i syntezy białek.

Wszystkie kinazy związane z tym szlakiem należą do rodziny kinaz białkowych serynowo-treoninowych i tworzą pojedynczą, silnie rozgałęzioną kaskadę kinaz białkowych (stąd ich zgrupowanie). Kilka z tych kinaz zawiera domeny pleckstrin homology (PH), które wiążą specyficzne lipidy fosfoinozytydowe (np. fosfoinozytydo-3,4,5-trifosforan; PIP₃), które są generowane w błonie plazmatycznej w odpowiedzi na aktywność agonisty. W rezultacie kinazy są aktywowane w sposób zależny od kinazy 3-OH fosfoinozytydu (PI3-kinazy).

Kinaza białkowa-1 zależna od 3-fosfoinozytydu (PDK1) stoi na czele tego ważnego szlaku sygnałowego. Nie wiadomo, czy bodźce zewnątrzkomórkowe bezpośrednio aktywują PDK1 (być może poprzez generowanie PIP₃ zlokalizowanego w błonie plazmatycznej), czy też po prostu indukują translokację PDK1 do białek substratowych w błonie plazmatycznej. PDK1 aktywuje szereg kinaz białkowych z rodziny AGC (nazwanych od ich homologii do kinaz białkowych A, G i C) poprzez fosforylację, w tym kinazę białkową B (PKB lub Akt) poprzez fosforylację reszty Thr 308 pętli T. Pełna aktywacja PKB/Akt obejmuje również wiązanie PIP₃ do domeny PH PKB/Akt i fosforylację dodatkowej reszty, Ser 473, przez niezidentyfikowaną jeszcze kinazę zwaną "PDK2" (proponowaną jako kinaza białkowa zależna od DNA: DNA-PK). Istnieje wiele funkcjonalnych nakładek między izoformami PKB/Akt; wszystkie fosforylują ten sam motyw RXRXXS/T i wszystkie są zdolne do transformacji komórki, gdy są konstytutywnie aktywne poprzez wprowadzenie sekwencji sygnałowej mirystylacji.

Thr 308 i Ser 473 leżą w regionach PKB/Akt, które są konserwowane w całej rodzinie kinaz AGC. W związku z tym PDK1 fosforyluje i aktywuje również kilka innych kinaz z rodziny AGC, w tym kinazy indukowane surowicą i glukokortykoidami (SGK), atypowe formy kinazy białkowej C (np. PKCζ i PKCι/λ), kinazę p70S6 i p90RSK. PDK1 jest zatem centralnym kontrolerem wielu szlaków sygnałowych komórek.

Po fosforylacji i aktywacji, PKB/Akt fosforyluje i hamuje kinazę syntazy glikogenu 3 (GSK3), prowadząc do zmniejszonej fosforylacji i aktywacji syntazy glikogenu. PKB/Akt fosforyluje również ssaczą docelową rapamycynę (mTOR, znaną również jako FRAP i RAFT), chociaż rola tego działania nie jest jeszcze znana. GSK3 nadal zyskuje na znaczeniu, ponieważ odgrywa również rolę w regulacji stabilności β-kateniny, a tym samym ekspresji genów.

mTOR, który może być fosforylowany przez PKB/Akt, jest niezwykły, ponieważ posiada zarówno aktywność kinazy białkowej serynowo/treoninowej, jak i kinazy lipidowej. Jest to duża złożona cząsteczka, która jest receptorem dla leku immunosupresyjnego, rapamycyny. mTOR, wraz z PDK1, odgrywa jeszcze niezdefiniowaną rolę w aktywacji p70S6K, która jest ważna w kontroli syntezy białek, rozwoju i kontroli wzrostu. Tak więc, przynajmniej częściowo, immunosupresyjna aktywność rapamycyny wynika z jej działania na mTOR.

Oprócz rapamycyny, istnieje niewiele, jeśli w ogóle, wysoce specyficznych farmakologicznych inhibitorów tego zbioru kinaz białkowych. To sprawiło, że zrozumienie roli tych kinaz białkowych w pośredniczeniu w działaniu bodźców zewnątrzkomórkowych jest bardzo trudne do ustalenia. Co więcej, chociaż w niektórych przypadkach zgłaszano, że pochodne tych kinaz działają jako dominująco-ujemne, często było to wysoce kontrowersyjne, głównie ze względu na ich złożone struktury domenowe i zdolność do interakcji z innymi białkami i lipidami sygnalizacyjnymi. Jednakże, biorąc pod uwagę kluczowe znaczenie tych kinaz białkowych w wielu stanach chorobowych (np. rak i cukrzyca), identyfikacja specyficznych inhibitorów pozostaje bardzo ważnym celem.

Członkowie rodziny	PDK1	PKB/Akt	SGK
Inne nazwy	3-fosfoinozytydowa kinaza białkowa-1	RAC-kinaza białkowa	Kinaza indukowana przez surowicę i glukokortykoidy CISK (SGK3)
Masa cząsteczkowa (kDa)	63 kDa	56 kDa (wszystkie izoformy)	SGK1: 49 kDa SGK2α: 48 kDa SGK2β: 41 kDa SGK3: 57: kDa
Dane strukturalne	556 aa Monomer	PKBα: 480 aa PKBβ: 481 aa PKBγ: 479 aa Wszystkie monomery	SGK1: 431 aa SGK2α: 367 aa SGK2β: 427 aa SGK3: 496 aa Wszystkie monomery
Izoformy	Nieznane	PKBα/Akt1 PKBβ/Akt2 PKBγ/Akt3	SGK1 SGK2α/2β (warianty splicingowe) SGK3
Gatunki	Wszystkie eukarionty	Wszystkie metazoany (kinazy ortologiczne do PKB i SGK występują u grzybów, plasmodium, dictystelium)	Wszystkie metazoany (kinazy ortologiczne do PKB i SGK występują u grzybów, plazmodium, dictystelium)
Domena Organizacja	1 domena PH wiąże PtdIns(3,4,5)P3	1 domena PH wiąże PtdIns(3,4,5)P3 PtdIns(3,4)P2	Domena kinazy białkowej
Miejsca fosforylacji Miejsca	Ser241 (autofosforylacja)	Miejsca PKBα, ale konserwowane: Thr308 Ser473 Thr450 (konstytutywne) Tyr315 Tyr326	Miejsca SGK1, ale zachowane: Thr256 Ser442 Ser78
.Tkanka Dystrybucja	Wszechobecny	Wszechobecny	wszechobecna
Lokalizacja subkomórkowa	Błony cytozolowe Membrany	Błony cytozolowe Membrany	Błony cytozolowe Membrany (SGK3)
Binding Partners/ Associated Proteins	Not Known	CTMP APPL Periplakin POSH HSP90 PKCθ Brk PKCζ IMPDH Ft1 TCL1	Nieznane
Upstream Aktywatory	Complex-see Overview	Phosphorylation by PDK1 and "PDK2" i wiązanie PIP3	Fosforylacja przez PDK1 (ekspresja SGK1 indukowana przez glukokortykoidy)
Downstream Aktywacja	PKA (P5511, C8482, P2645) PKG PKB/Akts MSKs atypowe PKCs p70S6Ks p90RSKs (wszystkie są kinazami białkowymi)	GSK3 mTOR Raf IKK BAD eNOS hCaspase-9 (C1099) hTERT BRCA1 IRS-1 PFK2 FKHR PRAS40 TSC2 AS160 PIKfyve hdm-2 WNK1	FKHR NDRG1 NDRG2 Nedd4-2 B-Raf
Aktywatory	Nieznane<	Nieznane	Nieznane
Inhibitory	UCN-01 (U6508)	SH5 API-2 (T3830) AKT-I-1 Akt-I-1.2	Nieznane
Selektywne aktywatory	Nieznane	Nieznane	Nieznana
Fizjologiczna Funkcja	Proliferacja komórek Wzrost Apoptoza Metabolizm	Proliferacja komórek Wzrost Apoptoza Metabolizm	Regulacja Na+ i kanałów Cl-
Choroba Znaczenie	Nowotwory Stany zapalne Inne	Rak Zapalenie Inne	Nadciśnienie

Członkowie rodziny	GSK3	mTOR	p70S6K (S6K)
Inne nazwy<	Kinaza syntazy glikogenu 3 (G1663)	FRAP RAFT Mammalian target of rapamycin	S6K1
Masa cząsteczkowa (kDa)	GSK3α: 51 kDa GSK3β: 48 kDa	289 kDa	α1: 59 kDa α2: 56 kDa β1: 55 kDa β2: 54 kDa
Dane strukturalne	483 aa β: 420 aa Wszystkie monomery	2549 aa Monomer	α1: 525 aa α2: 502 aa β1: 495 aa β2: 482 aa Wszystkie monomery
Izoformy	GSK3α. GSK3β	Nieznana	p85 S6Kα1 = α1 p70 S6Kα2 = α2 (warianty splicingowe genu S6K1) p60 S6Kβ1 = β1 p54 S6Kβ2 = β2 (warianty splicingowe genu S6K2)
Gatunki	Wszystkie eukarionty	Wszystkie eukarionty	Wszystkie metazoany
Domena Organizacja	Nieznana	16 domen HEAT 1 domena homologii kinazy PI3 1 domena wiążąca FKBP/rapamycynę	1 domena autoinhibitorowa 1 sekwencja sygnałowa lokalizacji jądrowej na α1, β1 i β2
Miejsca fosforylacji	GSK3α, ale konserwowane w GSK3β: Ser21 (PKB i inne) Tyr296 (konstytutywny)	Ser2448 Ser2481 (autofosforylacja)	Miejsca α2, ale konserwowane: Thr229 Ser371 Ser389 Ser411 Ser418 Thr424 W α2, konserwowany tylko w α1: Thr421
Tissue Dystrybucja	Wszechobecna	Wszechobecny	Wszechobecny
Lokalizacja subkomórkowa	cytozolowa jądrowa	cytozolowa	cytozolowe (α2) jądrowe (α1, β1 i β2)
Binding Partners/ Associated Proteins	Frat-1/2/3 Presenilin Axin Axil DLP 14-3-3	FKBP12 Raptor Rictor Rheb LST8	PP2A Neurabin
Upstream Aktywatory	Fosforylacja tyrozyny (konstytutywna) Fosforylacja przez PKB/Akt	Kompleksowa, ale może obejmować fosforylację przez PKB i regulację przez TSC2/Rheb	Fosforylację przez PDK1, mTOR i atypowe PKC
Downstream . Aktywacja	Syntaza glikogenu Liaza ATP-cytrynianowa eIF-2B c-Jun Myc Myb PKA (P5511, C8482, P2645) CREB IkB PP1 (P7937) tau NDRG1	4E-BP1 p70S6K	podjednostka rybosomalna S6 SKAR
Aktywatory	Nieznane	Nieznane	Nieznane<
Inhibitory	SB-216763 (S3442) SB-415286 (S3567) Chlorek litu (213233) CT99021 AR-A014418 (A3230)	Rapamycyna (R0395)	H89 (B1427)
Selektywne aktywatoryaktywatory	Nieznane	Nieznane	Nieznane
Fizjologiczna Funkcja	Metabolizm glikogenu Ekspresja genów Rozwój	Synteza białek Wzrost komórek	Synteza białek Wzrost komórek
Choroba Znaczenie	Cukrzyca Metabolizm	Nowotwory Immunosupresja	Rak

Przypisy

a) Inhibitory w nawiasach są nieselektywne lub jeszcze nie udowodniono ich wysokiej specyficzności.

Skróty

Brk: Breast tumor-related kinase
CTMP: C-terminal modulatory protein
DLP: Dynamin-like protein
DNA-PK: DNA-dependent protein kinase
FKBP12: FK502 binding protein
FRAP: FKBP12-rapamycin-associated protein
GSK3: kinaza syntazy glikogenu 3
H89: N-(2-[p-bromokinnamyloamino]etylo)-5-izochinolinosulfonamid
IMPDH: Dehydrogenaza monofosforanu inozyny-5'
MSK: Mitogen- and stress-activated kinase
MTOR: Mammalian target of rapamycin
PIKfyve: FYVE domain containing phosphatidylinositol 3-phosphate 5-kinase
PKA: Kinaza białkowa A
PKC: Kinaza białkowa C
PKG: Kinaza białkowa G
POSH: Mnóstwo domen SH3
PtdIns(3,4)P2:3,4-bisfosforan fosfatydyloinozytolu
PtdIns(3,4,5)P3: 3,4,5-trifosforan fosfatydyloinozytolu
RAFT: Rapamycyna i cel FKBP12
Ro 31-8220: 2-{1-[3-Amidinothio)propyl]-1H-indol-3-yl}-3-(1-methylindol-3-yl)-maleimide
SB-216763: 3-(2,4-Dichlorophenyl)-4-(1-methyl-1H-indole-3-yl)-1H-pyrrole-2,5-dione
SB-415286: 3-(3-chloro-4-hydroksyfenyloamino)-4-(2-nitrofenylo)-1H-pirol-2,5-dion
SGK: Serum and glucocorticoid regulated kinase
TCL: T-cell leukemia
TSC2: Tuberous Sclerosis Complex-2
UCN-1: 7-Hydroxystaurosporine