Кіріспе

Ферменттер класы Фосфоинозит-3 киназалары (PI3K), сондай-ақ фосфатидилинозитол-3 киназалары деп аталады, жасуша өсуі, көбеюі, дифференциациялануы, қозғалысы, тірі қалуы және жасуша ішіндегі тасымалдау сияқты жасушалық функцияларға қатысатын ферменттер тобы. Бұл функциялар өз кезегінде қатерлі ісіктердің пайда болуына әсер етеді. PI3K-тар – фосфатидил инозитолдың (PtdIns) инозитол сақинасының 3-позициялық гидроксил тобын фосфорлануға қабілетті жасушаішілік сигналды жіберуші ферменттер тобы. PIK3CA онкогені және PTEN ісікке қарсы гені бұл жолдың қатерлі ісіктердің инсулинге және IGF1-ге сезімталдығына, сондай-ақ калорияларды шектеуге байланысты әсерін анықтайды.

Ашылу

Льюис Кантли және оның әріптестерінің PI3K-терді табуы полиома ортаңғы Т ақуызымен байланысты бұрын белгісіз фосфоинозиткиназаны анықтаудан басталды. Олар липидкиназаның өнімдерінің ерекше субстрат таңдаулылығын және хроматографиялық қасиеттерін байқады, осының нәтижесінде бұл фосфоинозиткиназаның инозитол сақинасының 3' позициясында фосфоинозитидтерді бұрын-соңды болмаған түрде фосфорлануға қабілетті екендігі анықталды. Кейіннен Кантли және оның әріптестері ферменттің in vivo жағдайында PtdIns(4,5)P2-ні субстрат ретінде қалау артықшылығын көрсетіп, бұрын нейтрофилдерде анықталған жаңа фосфоинозитид PtdIns(3,4,5)P3-ті өндіретінін дәлелдеді.

Сыныптар

PI3K туысы төрт түрлі классқа бөлінеді: I класс, II класс, III класс және IV класс. Бұл классификациялар негізгі құрылымға, реттелуге және in vitro липидтік субстраттарға қатысты ерекшеліктеріне сүйенеді.

I сынып

І кластағы PI3K-тер фосфатидил инозитол (4,5) бифосфатының (PI(4,5)P2) фосфатидил инозитол (3,4,5) трифосфатына (PI(3,4,5)P3) түрленуін in vivo катализдейді. Алайда, in vitro жағдайында олар фосфатидил инозитолды (PI) фосфатидил инозитол 3 фосфатына (PI3P) және фосфатидил инозитол 4 фосфатын (PI4P) фосфатидил инозитол (3,4) бифосфатына (PI(3,4)P2) айналдыратыны көрсетілген, бірақ бұл реакциялар in vivo айтарлықтай аз болады. PI3K G протеинімен байланысқан рецепторлар және тирозинкиназа рецепторлары арқылы белсендіріледі. Регуляторлық кішібөлімшелердің бес түрі бар: үш сплайс түрі – p85α, p55α және p50α, сондай-ақ p85β және p55γ. Каталитикалық p110 кішібөлімшесінің де үш түрі бар, олар p110α, β немесе δ каталитикалық кішібөлімшесі деп аталады. Бірінші үш реттеуші кішібөлімше – бір геннің (Pik3r1) барлық сплайс түрлері, ал қалған екеуі басқа гендермен (Pik3r2 және Pik3r3, сәйкесінше p85β және p55γ) экспрессияланады. Ең көп экспрессияланатын реттеуші кішібөлімше – p85α; барлық үш каталитикалық кішібөлімше жеке гендермен (Pik3ca, Pik3cb және Pik3cd, сәйкесінше p110α, p110β және p110δ үшін) экспрессияланады. Алғашқы екі p110 изоформасы (α және β) барлық жасушаларда экспрессияланады, бірақ p110δ негізінен лейкоциттерде экспрессияланады және ол бейімделуші иммундық жүйемен бірге дамыған деп саналады. Реттеуші p101 және каталитикалық p110γ кішібөлімшелері IB класының PI3K-терін құрайды және әрқайсысы бір генмен кодталады (p110γ үшін Pik3cg және p101 үшін Pik3r5). P85 кішібөлімшелері SH2 және SH3 домендерін қамтиды. SH2 домендері Y X X M аминқышқылдық тізбек контекстінде фосфорилденген тирозин қалдықтарына басымдықпен байланысады.

II және III сыныптар

II және III кластағы PI3K-тар құрылымы мен функциясы бойынша I кластан ерекшеленеді. II класс PI3K-тарының ерекшелігі – C терминалды C2 домені. Бұл доменде Ca2+ байланысын координациялайтын маңызды Asp қалдықтары жоқ, бұл II класс PI3K-тарының Ca2+ тәуелсіз түрде липидтермен байланысатынын көрсетеді. II класс үш каталитикалық изоформаны (C2α, C2β және C2γ) қамтиды, бірақ I және III класстардан айырмашылығы, реттеуші ақуыздар жоқ. II класс PI-ден PI(3)P және PI(4)P-ден PI(3,4)P2 өндіруді катализдейді; алайда, иммундық жасушалардағы олардың рөлі туралы көп мәлімет жоқ. Дегенмен, PI(3,4)P2 клатринге байланысты эндоцитоздың инвагинация фазасында рөл атқаратыны көрсетілген. C2α және C2β организмде кеңінен экспрессияланады, ал C2γ экспрессиясы гепатоциттермен шектеледі. III класс PI3K-тары PI-ден тек PI(3)P-ні ғана өндіреді. PtdIns(3,4,5)P3 және PtdIns(3,4)P2 плазмалық мембранамен шектеледі, сондықтан AKT плазмалық мембранаға транслокацияланады. Сол сияқты, фосфоинозит тәуелді киназа 1 (PDK1 немесе сирек PDPK1) де ПтДИн-дерге тікелей байланысатын плекстрин гомология доменін қамтиды. Белсенді PDK1 және AKT-нің өзара әрекеттесуі AKT-нің PDK1-мен треонин 308-де фосфорилирленуіне мүмкіндік береді, бұл AKT-нің ішінара белсенділігін қамтамасыз етеді. АКТ-нің толық белсенділігі mTOR протеинкиназасының TORC2 кешенімен серин 473-тің фосфорилирленуі кезінде жүзеге асады. PI3K/AKT жолы клеткалық қызметтердің өте кең спектрі үшін қажеттілігі дәлелденді, ең бастысы – клеткалық көбею және тірі қалу. Мысалы, ол астроциттерді керамидтің тудырған апоптозынан қорғауға қатысады. PtdIns(3,4,5)P3 реттейтін көптеген басқа ақуыздар да анықталды, оның ішінде Брутон тирозинкиназасы (BTK), Фосфоинозиттерге арналған жалпы рецептор 1 (GRP1) және O-байланысты N-ацетилглюкозамин (O GlcNAc) трансферазасы. PtdIns(3,4,5)P3 сонымен қатар GTPase Rac1-ді белсендіретін гуанин-нуклеотидтік алмасу факторларын (GEF) белсендіреді, бұл актин полимерленуіне және цитоскелеттің қайта құрылуына әкеледі.

Қатерлі ісіктер

ІА класы PI3K p110α көптеген қатерлі ісіктерде мутацияланады. Көптеген мутациялар осы киназаның белсенділігін күшейтеді. Глиобластома – ең қатерлі бастапқы ми ісігінде бұл ең көп мутацияланған киназа болып табылады. PI3K сигнализациясын тежеуші PtdIns(3,4,5)P3 фосфатазасы PTEN көптеген ісіктерде болмайды. Сонымен қатар, PI3K-қа жоғарырақ бағынышты эпидермалық өсу факторы рецепторы EGFR қатерлі ісіктерде мутациялық түрде белсенділенеді немесе шамадан тыс экспрессияланады. Сондықтан, PI3K белсенділігі жасушаның трансформациясына және қатерлі ісіктің дамуына маңызды үлес қосады. Қатерлі В-жасушалары адапторлық белок GAB1 деңгейін жоғарылату арқылы PI3K/Akt осьінің "тоникалық" белсенділігін сақтайтыны көрсетілді, бұл В-жасушаларына BCR ингибиторларымен бағытталған емнен аман қалуға мүмкіндік береді.

Оқу мен есте сақтау

PI3K-тар ұзақ мерзімді потенциация (LTP) процесінде де қатысады. Олардың LTP экспрессиясына немесе индукциясына қажеттілігі әлі де даулы. Егешкі гиппокамбының CA1 нейрондарындағы кейбір PI3K-тар AMPA рецепторларымен кешендесіп, глютаматергиялық синапстардың постсинаптикалық тығыздығында орналасады. PI3K-тар NMDA рецепторына тәуелді CaMKII белсенділігі арқылы фосфорилирленеді, содан кейін AMPA R GluR1 суббірліктерінің плазмалық мембранаға енуіне көмектеседі. Бұл PI3K-тардың LTP экспрессиясы үшін қажет екенін көрсетеді. Бұдан әрі, PI3K ингибиторлары егешкі гиппокамбының CA1 аймағында LTP экспрессиясын тоқтатып, бірақ оның индукциясына әсер етпейді. Маңыздысы, кеш фазадағы LTP экспрессиясының PI3K-қа тәуелділігі уақыт өте келе азаяды. Дегенмен, басқа бір зерттеу PI3K ингибиторларының егешкі гиппокамбының CA1 аймағында LTP индукциясын, бірақ экспрессиясын жоймағанын көрсетті. PI3K жолы сондай-ақ mTOR, GSK3β және PSD 95 сияқты көптеген басқа ақуыздарды тартады, бұл PI3K-тардың LTP индукциясының ақуыз синтезі фазасы үшін қажеттілігін көрсетеді. PI3K-тар инсулин рецепторларының субстратымен (IRS) фосфорилдану тізбегі арқылы глюкозаның сіңуін реттейді.

ПИ 3-киназалар ақуыз-киназалар ретінде

Көптеген PI3K-тар in vitro жағдайында серин/треонин киназа белсенділігін көрсетеді; бірақ, бұл in vivo қандай рөл атқаратыны әлі анық емес.

Ингибициялау

Барлық PI3K препараттары wortmannin және LY294002 арқылы тежеледі, бірақ II кластың кейбір PI3K мүшелері төмен сезімталдық көрсетеді. Wortmannin, LY294002-ге қарағанда, ыстық нүкте мутацияларының орналасқан жерлерінде (GLU542, GLU545 және HIS1047) жақсы тиімділік танытады.

ПИ3К ингибиторлары терапиялық заттар ретінде

Вортманнин және LY294002 PI3K-тардың және бірқатар байланыссыз белоктардың кең спектрлі ингибиторлары болғандықтан, олар жоғары концентрацияларда терапиялық препараттар ретінде қолдануға тым улы. Сондықтан, бірқатар фармацевтикалық компаниялар PI3K изоформасына қатысты спецификалық ингибиторларды әзірледі. 2019 жылғы қаңтар айының мәліметі бойынша, FDA үш PI3K ингибиторын адамдарда жүйелі клиникалық қолдануға бекітті: PIK3CD ингибиторы иделалисиб (2014 жылғы шілде, NDA 206545), екі PIK3CA және PIK3CD ингибиторы копанлисиб (2017 жылғы қыркүйек, NDA 209936) және екі PIK3CD және PIK3CG ингибиторы дувелисиб (2018 жылғы қыркүйек, NDA 211155). MAPK немесе PIM сияқты басқа жолдармен бірге осы жолды бірнеше мақсатқа бағытталған тежеу, қатерлі ісікке қарсы перспективті терапиялық стратегия ретінде қарастырылады, бұл компенсаторлық сигналдауды айналып өту, резистенттіліктің дамуын баяулату және дозаны төмендетуге мүмкіндік беру арқылы монотерапиялық тәсілге қарағанда тиімдірек болуы мүмкін.