Кіріспе

Биологиялық сигнализация h JAK STAT сигнализациясы – жасушадағы белоктар арасындағы өзара әрекеттесулердің тізбегі, иммунитет, жасуша бөлінуі, жасуша өлімі және ісік пайда болуы сияқты процестерге қатысады. Бұл жол жасушаның сыртынан келетін химиялық сигналдардан жасуша ядросына ақпарат жеткізеді, нәтижесінде транскрипция процесі арқылы гендер белсендіріледі. JAK STAT сигнализациясының үш негізгі бөлігі бар: Янус киназалары (JAK), транскрипцияны ынталандыратын және сигналды жеткізетін белоктар (STAT) және рецепторлар (химиялық сигналдармен байланысады). JAK STAT сигнализациясының бұзылуы тері аурулары, қатерлі ісіктер және иммундық жүйеге әсер ететін аурулар сияқты түрлі ауруларға алып келуі мүмкін. Киназа домені JAK белсенділігі үшін маңызды, себебі ол JAK-тарға фосфат топтарын қосу арқылы фосфорилеуге мүмкіндік береді. STAT-тың жеті түрі бар: STAT1, STAT2, STAT3, STAT4, STAT5A, STAT5B және STAT6. STAT-тарда транскрипциялық белсенділік домендері (TAD) де бар, олар аз сақталған және C-терминальды бөлігінде орналасқан. Сонымен қатар, STAT-тар тирозинмен белсендірілу, аминотерминальды, байланыстырғыш, спираль тәрізді және ДНК-мен байланысу домендерін қамтиды. Әдетте цитокиндер, мысалы интерферондар мен интерлейкиндер сияқты түрлі лигандтардың жасуша бетіндегі рецепторларға байланысуы рецепторлардың димеризациялануына себеп болады, бұл рецепторлармен байланысқан JAK-тарды жақын қалпына келтіреді. Содан кейін JAK-тар тирозин қалдықтарын фосфорилдейді, бұл «активациялық циклдар» деп аталатын аймақтарда орналасқан, трансфосфорилдеу процесі арқылы олардың киназа домендерінің белсенділігін арттырады. Бұл белсенді STAT-тар гетеро- немесе гомодимерлер құрайды, онда әрбір STAT-тың SH2 домені қарсы STAT-тың фосфорилденген тирозинімен байланысады, содан кейін димер мақсатты гендердің транскрипциясын іске қосатын жасуша ядросына көшеді. STAT димері ядрода бос күйде болады. Кейбір STAT-тар белгілі бір импортты белоктармен байланысады. Мысалы, STAT3 белоктары α3 импортин және α6 импортинмен байланысу арқылы ядроға енуі мүмкін. STAT1 және STAT2 α5 импортинмен байланысады. STAT1-дің аргинин қалдығында (31-орында) метилденгені және бұл метилденудің қызметі қандай болуы мүмкін екені туралы пікірталас бар. Ацетилдену. STAT1, STAT2, STAT3, STAT5 және STAT6 ацетилденгені көрсетілген. STAT1-дің 410 және 413 позицияларындағы лизиндерге ацетил тобы қосылуы мүмкін, нәтижесінде STAT1 жасуша өлімін тудыратын апоптоздық гендердің транскрипциясын ынталандыра алады. STAT6-ға ацетил тобын қосу IL-4 сигнализациясының кейбір түрлерінде ген транскрипциясы үшін маңызды деп саналады, бірақ STAT6-да ацетилденетін барлық аминқышқылдары белгілі емес. Ол сондай-ақ IL 6 және IFN γ цитокиндерінің кейбір мақсатты гендерінің транскрипциясы үшін де қажет.

Коактиваторларды тарту

Көптеген басқа транскрипция факторлары сияқты, STAT-тар CBP және p300 сияқты коактиваторларды тарта алады, ал бұл коактиваторлар мақсатты гендердің транскрипция деңгейін арттырады. Бұл HAT-тар ДНК-мен байланысқан гистондар деп аталатын белоктардағы лизин қалдықтарына ацетил тобын қосады. Ацетил тобын қосу лизин қалдықтарының оң зарядын азайтады, нәтижесінде гистондар мен ДНК арасындағы байланыс әлсіздейді, бұл ДНК-ны STAT-тар үшін қолжетімді етеді және мақсатты гендердің транскрипциясын күшейтуге мүмкіндік береді.

Басқа сигнал беру жолдарымен интеграциялау

JAK STAT сигнализациясы PI3K/AKT/mTOR жолы сияқты басқа жасуша сигнализациясы жолдарымен байланыса алады. JAK-тар белсендіріліп, рецепторлардағы тирозин қалдықтарын фосфорилегенде, SH2 домендері бар ақуыздар (мысалы, STAT) фосфотирозиндерге байланып, өз функцияларын орындай алады. STAT сияқты, PI3K ақуызы да SH2 доменіне ие, сондықтан ол да осы фосфорилендірілген рецепторларға байланыса алады. JAK STAT сигнализациясының басқа жолдармен интеграциялануының бір мысалы – Т-жасушаларындағы интерлейкин 2 (IL 2) рецепторлық сигнализация. IL 2 рецепторлары γ (гамма) тізбектерімен байланысты, олар JAK3-ке қосылып, рецептордың құйрығындағы маңызды тирозиндерді фосфорилейді. Фосфорилеу Shc деп аталатын адаптерлік ақуызды тартады, ол MAPK/ERK жолын белсендіреді, бұл STAT5 арқылы гендік реттеуді жеңілдетеді.

Цитокин рецепторларының сигналданудағы рөлі

Көптеген JAK цитокин рецепторларымен байланысты болғандықтан, JAK STAT сигналдық жолы цитокин рецепторларының сигналдауында маңызды рөл атқарады. Цитокиндер – иммундық жасушалар өндіретін және көрші жасушалардың белсенділігін өзгерте алатын заттар болғандықтан, JAK STAT сигналдауының әсері көбінесе иммундық жүйе жасушаларында күштірек байқалады. Мысалы, JAK3-тің IL-2-ге жауап ретінде белсендірілуі лимфоциттердің дамуы және функциясы үшін маңызды. Сондай-ақ, бір зерттеуде JAK1 цитокиндердің IFNγ, IL-2, IL-4 және IL-10 рецепторлары арқылы сигнал беру үшін қажет екендігі көрсетілген. Цитокин рецепторларының сигналдауындағы JAK STAT жолы STAT-тарды белсендіре алады, олар ДНК-мен байланысады және иммундық жасушалардың бөлінуіне, тірі қалуына, белсендірілуіне және тартылуына қатысты гендердің транскрипциясына мүмкіндік береді. Мысалы, STAT1 жасушаның бөлінуін тежейтін және қабынуды ынталандыратын гендердің транскрипциясын қамтамасыз етеді. IL-4 сияқты цитокиндерге жауап ретінде JAK STAT сигналдауы STAT6-ны стимуляциялай алады, бұл B жасушаларының көбеюін, иммундық жасушалардың тірі қалуын және IgE деп аталатын антидененің өндірісін ынталандырады. Кейбір шыбындардағы бұзылған JAK гендерінің салдарынан қан жасушаларының тым көп бөлінуі мүмкін, бұл лейкемияға алып келуі мүмкін. JAK STAT сигналдауы адамдар мен егешқұйрықтарда ақ қан жасушаларының шамадан тыс бөлінуімен де байланысты. Бұл теорияны қолдау үшін STAT байланыс орындары осы гендердің бірінде – «even skipped» (eve) генінде анықталды. JAK немесе STAT мутацияларына ұшыраған барлық сегменттік жолақтардың ішінде бесінші жолақ ең көп зардап шегеді, мұның нақты молекулалық себептері әлі белгісіз. Протеин тирозин фосфатазалары (PTP) және цитокин сигналдауын басушылар (SOCS). Химиялық кинетика заңдарына негізделген JAK STAT сигналдауының есептеу модельдері осы әртүрлі реттеуші механизмдердің JAK STAT сигналдауы динамикасына қосқан үлесін анықтады.

Белсенді STAT- тің протеин ингибиторлары (PIAS)

PIAS төрт мүшелі ақуыздық отбасы: PIAS1, PIAS3, PIASx және PIASγ. Бұл ақуыздар басқа ақуыздарға, мысалы JAK және STAT-қа SUMO (кішкентай убиквитинге ұқсас модификатор) деп аталатын белгіні қосып, олардың функциясын өзгертеді. Басқа зерттеулер STAT-қа SUMO тобын қосу STAT-тағы тирозиндердің фосфорилирленуін тоқтатып, олардың димеризациясын болдырмай және JAK STAT сигнализациясын тежеуі мүмкін екенін көрсетті. PIASγ STAT1 функциясын тоқтатуға қабілетті екені де дәлелденді. PIAS ақуыздары STAT-тың ДНК-ға байланысуын болдырмау (соның салдарынан геннің белсенділігін болдырмау) және ген экспрессиясының деңгейін төмендетуге қабілетті гистон деацетилазалары (HDACs) деп аталатын ақуыздарды тарту арқылы жұмыс істей алады. SHP 1. SHP 1 негізінен қан жасушаларында экспрессияланады. Оның құрамында екі SH2 домені және каталитикалық домен (ақуыздың негізгі функциясын атқаратын бөлігі) бар. Барлық ПТП-лар сияқты, олардың жұмысы үшін бірнеше аминқышқыл құрылымдары қажет: сақталған цистеин, аргинин және глутамин аминқышқылдары, сондай-ақ триптофан, пролин және аспартат аминқышқылдарынан тұратын цикл (WPD циклы). SHP 1-нің JAK STAT жолын теріс реттеу қабілеті SHP 1 жетіспейтін тышқандарда жүргізілген тәжірибелерде де байқалды. Бұл тышқандар аутоиммундық аурулардың белгілерін көрсетеді және жасушалардың жоғары деңгейде көбеюін көрсетеді, бұл JAK STAT сигнализациясының қалыптыдан жоғары деңгейінің белгісі болып табылады. Дегенмен, SHP 1 JAK STAT сигнализациясын күшейтуі мүмкін. 1997 жылғы зерттеуде SHP 1 STAT белсенділігін төмендетудің орнына оны арттыруға мүмкіндік беретіні анықталды. SHP 1 сигнализация жолын қалай белсендіре және тежей алатынына қатысты толық молекулалық түсінік әлі жоқ. Адамда екі SHP 2 ақуызы бар, олардың әрқайсысы 593 және 597 аминқышқылынан тұрады. Сол сияқты, SHP 2 фосфат топтарын алып тастау арқылы STAT3 және STAT5 ақуыздарына қатысты сигнализацияны азайтатыны көрсетілген. SHP 1 сияқты, SHP 2 кейбір жағдайларда JAK STAT сигнализациясын күшейтуге және сигнализацияны тежеуге қабілетті деп есептеледі. Мысалы, бір зерттеу SHP 2 STAT5 белсенділігін төмендетудің орнына оны арттыруы мүмкін екенін көрсетті. Сонымен қатар, басқа зерттеулер SHP 2 JAK2 белсенділігін арттырып, JAK2/STAT5 сигнализациясын күшейтуі мүмкін екенін ұсынады. SHP2 JAK2/STAT5 жолында JAK STAT сигнализациясын қалай тежей және күшейте алатыны әлі белгісіз; бір теория бойынша SHP2 JAK2 белсенділігін күшейтуі мүмкін, бірақ фосфат топтарын алып тастау арқылы STAT5-ті тежеуі мүмкін. Ал тышқанда CD45 барлық JAK-терге әсер етуге қабілетті. Бір зерттеу CD45 JAK STAT сигнализациясының белсенділік уақытын қысқарта алатынын көрсетті. SOCS қорабы бірнеше ақуызбен өзара әрекеттесіп, ақуыздық кешенді құра алады, ал бұл кешен JAK-тер мен рецепторлардың ыдырауына себеп болуы мүмкін, соның салдарынан JAK STAT сигнализациясын тежеуі мүмкін. JAK-тар мен рецепторлар сияқты ақуыздар клетканың протеасома деп аталатын бөлігіне жеткізіледі, ол ақуызды ыдыратады. SOCS-тің басқа функцияларының нақты егжей-тегжейі әлі толық түсініксіз.

Иммундық жүйемен байланысты аурулар

JAK3 IL 2, IL 4, IL 15 және IL 21 (сондай-ақ басқа цитокиндер) сигнализациясына қолданылуы мүмкін; сондықтан JAK3 генінде мутациялары бар пациенттерде иммундық жүйенің көптеген аспектілеріне әсер ететін мәселелер жиі кездеседі. Мысалы, жұмыс істемейтін JAK3 SCID-ті тудырады, нәтижесінде пациенттерде NK, B немесе T жасушалары болмайды, бұл SCID-ті жұқтыруға осал етеді. STAT1 және STAT2 гендеріндегі мутациялары бар пациенттерде бактериялар мен вирустардан инфекцияға шалдығу ықтималдығы жоғары екені айтылады. Сонымен қатар, STAT4 мутациялары ревматоидты артритпен, ал STAT6 мутациялары астмамен байланысты. Бұзылған JAK STAT сигнализация жолы бар пациенттерде тері аурулары да пайда болуы мүмкін. Мысалы, жұмыс істемейтін цитокин рецепторлары және STAT3 белгісінің артық экспрессиясы псориазбен (қызыл, қабыршақ терімен байланысты аутоиммундық ауру) байланысты. Көптеген цитокиндер STAT3 транскрипция факторы арқылы әрекет ететіндіктен, STAT3 тері иммунитетін сақтауда маңызды рөл атқарады. Мысалы, STAT3 белсенділігінің артық жоғары деңгейі емдеуден кейін меланоманың (тері қатерлі ісігінің) қайталану ықтималдығының артуымен байланысты, ал STAT5 белсенділігінің қалыптан тыс жоғары деңгейі пациенттің простата қатерлі ісігінен өлу ықтималдығының жоғары болуымен байланысты. Бұл процесте STAT3 белсенділігінің жоғары деңгейі маңызды рөл атқарады, себебі ол жасуша бөлінуіне қатысатын BCL2 және c Myc сияқты гендердің транскрипциясына мүмкіндік береді.

COVID-19-ның таралуы

Янус киназасы (JAK) / сигналдық трандуктор және транскрипцияның активаторы (STAT) жолы COVID-19 ішіндегі гиперқабынуды тудырушы негізгі фактор ретінде қарастырылды, яғни SARS-CoV-2 инфекциясы JAK/STAT жолы арқылы гиперқабынуды қозғап, дендриттік жасушалардың, макрофагтардың және табиғи өлтіруші (NK) жасушалардың жұмылдырылуына, сондай-ақ В және Т жасушаларының дифференциациялануына алып келіп, цитокин дауылға ұласады.

Емдеу әдістері

JAK STAT сигналының артық болуы кейбір қатерлі ісіктер мен иммундық бұзылыстарға жауапты болғандықтан, JAK ингибиторлары емдеу үшін препараттар ретінде ұсынылған. Мысалы, лейкемияның кейбір түрлерін емдеу үшін JAK-ты бағыттап, тежеу EPO сигналының әсерін жойып, лейкемияның дамуын болдырмауы мүмкін. JAK ингибиторларының бір мысалы – JAK2 ингибиторы ретінде қолданылатын руксолитиниб. STAT ингибиторлары да жасалып жатыр, және олардың көпшілігі STAT3-ті бағыттайды. STAT3-ті бағытталған емдеулер қатерлі ісікпен ауыратын науқастардың өмір сүру ұзақтығын арттыра алады деген хабарлар бар. Тағы бір препарат, тофацитиниб псориаз бен ревматоидты артритті емдеу үшін қолданылады, сондай-ақ Крон ауруы мен жаралы ішек қабынуын емдеуге бекітілген.