Кіріспе

Homo sapiens RAF протоонкоген серин / треонин протеин киназасында кездесетін сүтқоректілер ақуызы, сонымен қатар proto oncogene c RAF немесе жай ғана c Raf немесе Raf 1 деп аталады, бұл адамдарда RAF1 генінің коды бар фермент. c Raf ақуызы ERK1/ 2 жолдың бөлігі болып табылады, ол мембраналық байланысты GTPаздар Ras суб- отбасынан төменгі деңгейде жұмыс істейтін MAP киназа (MAP3K) болып табылады. C Raf - серин / треонинді спецификалық белок кинезаларының Raf кинезалар отбасының мүшесі, TKL (Тиррозин кинезасына ұқсас) кинезалар тобынан.

Ашылу

Алғашқы Раф гені 1983 жылы табылды. Ол 3611 нөмірлі мысық ретровирусынан оқшауланды. Көп ұзамай бұл геннің кеміргіш фибробластарын қатерлі ісік клеткаларына айналдыра алатыны дәлелденді, сондықтан бұл генге Вирусты жылдамдатылған фибросаркома (V RAF) деген атау берілді. Зерттеушілер бұл гендер серинтреонинкиназа белсенділігі бар ферменттерді кодтайтынын көрсете алды. v Raf және v Mil-дің қалыпты жасушалық гомологтары тез арада тышқан мен тауық геномдарында табылды (осыдан кейін c Raf атауы қалыпты жасушалық Raf генін білдіреді), және олардың да өсу мен жасушаның бөлінуін реттеуде рөлі бар екені анық болды. Raf митогенді активацияланған протеинкиназа (MAPK) жолының негізгі компоненті болып табылады: ERK1/ 2 сигнализациясы. Ол MAP3 киназасы ретінде әрекет етіп, бүкіл киназа каскадын бастайды. Кейінгі тәжірибелер нормальды Raf гендері, сондай-ақ, MEK1/2 және ERK1/2 белсенділігін "ашырып" онкогендерге айналуы мүмкін екенін көрсетті. Шын мәнінде, омыртқалы жануарлардың геномдарында бірнеше Раф гендері бар. c Рафтың ашылуынан бірнеше жыл өткен соң, тағы екі туысқан киназалар сипатталды: А Раф және В Раф. Соңғысы соңғы жылдары зерттеулердің басты тақырыбына айналды, өйткені адам ісіктерінің көп бөлігі B Raf генінде онкогендік "бағытшы" мутацияларды алып жүреді. Бұл мутациялар Raf ферменттерінің жоғары белсенділігін бақыламайды. Осылайша, соңғы жылдары Раф киназаларына диагностикалық және терапиялық қызығушылық жаңа шыңға жетті.

Құрылымы

Адамның c Raf гені 3- хромосомаға орналасқан. МРНК кем дегенде екі изоформасы сипатталған (басқа экзонды қосу немесе алып тастаудан туындайтын), олар тек кішкене айырмашылықтарды көрсетеді. 17 экзоннан тұратын қысқа, негізгі изоформа 648 амин қышқылынан тұратын белок киназасын кодтайды. Көптеген басқа MAPKKK-ларға ұқсас, c Raf - бұл бірнеше доменді ақуыз, оның каталитикалық белсенділігін реттеуге көмектесетін бірнеше қосымша домендері бар. Оның N терминал сегментінде Ras байланыстыру домені (RBD) және C-киназаның гомолог домені 1 (C1 домені) бір-біріне жақын орналасқан. Соңғы онжылдықта екі сақталған доменнің құрылымы шешіліп, олардың реттеу механизмдеріне жарық түсірілді. Ras-пен байланысу доменінде (көптеген басқа кіші G-белокпен байланысу домендері сияқты) убиквитин тәрізді бүктеме пайда болады және тек GTP-мен байланысқан Ras ақуыздарына ғана таңдамалы түрде байланады. (Бұл өзара әрекеттесуді мақалаға қоса берілген PDB қорабынан толық көре аласыз. Ол Rap1 c Raf RBD кешенімен бірге көрсетіледі.) Ras байланысу доменінен тікелей төменгі C1 домені цистеинге бай және екі цинк ионымен тұрақтандырылған арнайы мырыш саусағы болып табылады. Ол протеинкиназа C (PKC) ферменттерінің диацилглицеролмен байланысатын C1 домендеріне ұқсас. Бірақ PKC- ден айырмашылығы Raf отбасылық киназалардың C1 домендері диацилглицеролмен байланыспайды. Керісінше, олар басқа липидтермен, мысалы, керамидпен өзара әрекеттеседі және тіпті белсендірілген Ras (GTP Ras) тануға көмектеседі. Бұл екі доменнің жақын орналасуы, сондай-ақ тәжірибелік деректердің бірнеше желілері олардың тікелей физикалық өзара әрекеттесу арқылы белок киназа доменінің белсенділігін теріс реттеу үшін бірлік ретінде әрекет ететінін көрсетеді. Тарихи тұрғыдан бұл автоингибиторлық блок CR1 аймағы ("Құралған 1-ші аймақ") деп аталды, шаршы аймақ CR2 деп аталды және киназа домені CR3 деп аталды. Өкінішке қарай, автоингибицияланған киназаның нақты құрылымы әлі күнге дейін белгісіз. Автоингибиторлық домен блогы мен каталитикалық киназа доменінің арасында барлық Raf ақуыздарына тән ұзақ сегментті табуға болады. Ол сериндік амин қышқылдарға өте бай, бірақ оның нақты реті туысқан Raf гендерінде нашар сақталады. Бұл аймақ өзінен-өзі құрылымсыз және өте икемді болып көрінеді. Оның ең ықтимал рөлі - қатаң бүгілген автоингибиторлық және каталитикалық домендер арасындағы табиғи "бұранда" ретінде әрекет ету, бұл молекуланың ішінде күрделі қозғалыстар мен терең конформациялық қайта реттеуді қамтамасыз етеді. Бұл шаршы аймақта 1433 белоктарды тану үшін жауапты, бірақ тек қана маңызды серин (адамдағы Ser259 Raf) фосфорилирленген кезде ғана кішкентай, консервацияланған амин қышқылдары аралы бар. Екінші, ұқсас мотив барлық Raf ферменттерінің шеткі C-терминалында (фосфорильденетін Ser 621 айналасында орналасқан), бірақ киназа доменінен төмен орналасқан. c Raf-тың C-терминал жартысы каталитикалық белсенділікке жауапты бір ақуыз доменін құрайды. Бұл киназа доменінің құрылымы c Raf және B Raf-тан жақсы белгілі. Ол басқа Raf киназалары мен KSR ақуыздарына өте ұқсас және аралас Lineage Kinase (MLK) туысы сияқты кейбір басқа MAP3 киназаларына айқын ұқсас. Олар бірігіп тирозин кинезасына ұқсас (ТКЛ) белок кинезалар тобын құрайды. Кейбір ерекшеліктер олардың каталитикалық домендерін белок тирозинкиназаларымен біріктірсе де, TKL белсенділігі мақсатты белоктардағы серин және треонин қалдықтарын фосфорилирлеумен шектеледі. Raf-киназалардың ең маңызды субстраты (өзінен басқа) - МКК1 және МКК2 киназалары, олардың белсенділігі Raf-тер жүзеге асыратын фосфорилдеу оқиғаларына қатаң тәуелді.

Эволюциялық қатынастар

Адам c Raf - туысқан белок кинезаларының үлкен отбасының мүшесі. Көптеген омыртқалы жануарларда кездесетін тағы екі мүше бір отбасына жатады: B Raf және A Raf. Олардың N және C терминалдарының ұзындығы әртүрлі болғанымен, олардың барлығы бірдей домендік архитектура, құрылым және реттеуді бөліседі. Салыстырмалы түрде танымал c Raf және B Raf-пен салыстырғанда, A Raf-тың нақты қызметі туралы өте аз мәлімет бар, бірақ ол отбасының басқа екі мүшесіне ұқсас деп есептеледі. Бұл гендердің барлығы омыртқалы жануарлардың эволюциясының басында, бір ғана ата-бабалардағы Раф генінен толық ген немесе геномның қайталануының нәтижесі деп есептеледі. Басқа жануарлар организмдерінің көпшілігі тек бір ғана Раф генін иеленеді. Ол Drosophila-да Phl немесе Draf деп аталады және C. elegans-да Lin 45 деп аталады. Көп жасушалы жануарларда да Рафпен тығыз байланысты киназа түрі бар: бұл Растың киназалық супрессоры (KSR). Сүтқоректілер сияқты омыртқалы жануарларда бір геннің орнына екі параллогы KSR гендері бар: KSR1 және KSR2. Олардың C терминалды киназа домендері Raf-қа өте ұқсас (алғашқыда KSR-де CA5 және Raf-та CR3 деп аталды), бірақ N терминалды реттеу аймағы өзгеше. Олардың иілгіш шаршауы (КСР-де CA4) және оның алдында C1 домені (КСР-де CA3) бар болса да, КСР-де Ras байланыстыру домені мүлдем жоқ. Оның орнына, олардың N терминалдарында бірегей реттеуші аймақтары бар, олар бастапқыда CA1 ("сақталған аймақ 1") және CA2 деп аталады. CA1 доменінің құрылымы ұзақ уақыт бойы құпия болып келді. Алайда, 2012 жылы KSR1-дегі CA1 аймағының құрылымы шешілді: бұл SAM (стерильді альфа мотив) доменінің дивергенттілігі, орауланған ораулармен (CC SAM) толықтырылды: бұл KSR-дің мембранаға байлануына көмектеседі деп болжанады. KSR-де, Raf-те, 14 3 3 қос ассоциациялық мотивтері бар (олар фосфориленуге байланысты), сонымен қатар олардың шаршы аймақтарында жаңа MAPK байлау мотивтері бар. Типтік Phe x Phe Pro (FxFP) тізбекті бұл мотивтер ERK1/2 жолындағы Raf кинезаларының кері байланыс реттеуі үшін маңызды. Қазіргі білімімізге сәйкес, KSR-лер де Raf-пен бірдей жолға қатысады, бірақ олар тек қосалқы рөл атқарады. Олардың ішкі кинеза белсенділігі өте нашар болғандықтан, олардың каталитикалық белсенділігі соңғы жылдары дәлелденгенге дейін олар ұзақ уақыт бойы белсенді емес деп саналды. Бірақ сонда да олар MKK1 және MKK2 фосфорилирлеуіне елеусіз үлес қосады. KSR- нің негізгі рөлі Raf ферменттеріне гетеродимеризациялық серіктес беру болып табылады, ал аллостерия арқылы олардың белсендірілуін айтарлықтай жеңілдетеді. Басқа MAP3 киназалары үшін де осыған ұқсас құбылыстар сипатталды. Мысалы, ASK2 - бұл өздігінен нашар фермент және оның белсенділігі ASK1/ASK2 гетеродимеризациясымен байланысты болып көрінеді. Raf тәрізді киназалар саңырауқұлақтарда мүлдем жоқ. Бірақ басқа опстоконттардың (мысалы, Capsaspora owczarzaki) соңғы реттелгені бір жасушалы эукариоттарда шынайы Raf киназалардың бар екенін көрсетті. Сондықтан Raf ақуыздары ежелгі мұра болып табылады және саңырауқұлақтың ата-бабалары Raf-ке тәуелді сигналды жоғалтып алған болуы мүмкін. Емшектердегі ERK1/ 2 (шырмадағы Fus3 және Kss1) жолдарына гомологты саңырауқұлақтардағы MAP киназа жолдарын Raf ферменттерінің орнына MEKK- ге байланысты киназалар (мысалы, ашытқыдағы Ste11) белсендіреді. Ретровирустарда (мысық v Raf сияқты) кездесетін Raf киназалары қосалқы түрде олардың иесі омыртқалы жануарлардың сәйкес гендерінен алынады. Бұл Raf гендері N терминалды автоингибиторлық доменнің толықтай жоқтығын және 14 3 3 байлау мотивтерін кодтайтын қатты қысқартылған белоктарды кодтайды. Мұндай ауыр кесулер Raf киназаларының бақылаусыз белсенділігін тудырады: бұл вирустың тиімді көбеюі үшін қажет болуы мүмкін.

Қызметті реттеу

Жоғарыда айтылғандай, Raf қызметін реттеу күрделі. ERK1/2 жолдың "қақпашысы" ретінде, оны көптеген тежегіш механизмдер бақылайды және әдетте бір қадамда іске қосыла алмайды. Ең маңызды реттеу механизмі N терминалды автоингибиторлық блокта c Raf кинеза доменінің тікелей физикалық байланысын қамтиды. Бұл каталитикалық сайттың жабылуына және кинеза белсенділігінің толығымен тоқтауына әкеледі. Киназаның белсенділігі мен субстратты байлау үшін қажет. 14 3 3 ақуыздары да автоингибицияға ықпал етеді. 1433 белоктарының барлығы құраушы димерлерді құрайтыны белгілі болғандықтан, олардың құрамалары екі байлау орнына ие. Осылайша, димер "молекулалық қолқап" ретінде әрекет етеді, олардың байланысу серіктестерін белгіленген қашықтықта және бағытта бекітеді. Дәл орналастырылған 14 3 3 қос байланыстыру мотивтері бір 14 3 3 ақуыз димерімен (мысалы, 14 3 3 zeta) қосылғанда, олар автоингибиторлық және каталитикалық домендердің қосылуын болдырмайтын конформацияға кіреді. c Raf-тың (және басқа Raf-тардың, сондай-ақ KSR-лардың) осы "бұғаулануы" мотивті фосфорилирлеу арқылы бақыланады. Фосфорилендірілмеген 14 3 3 ассоциациялық мотивтер өз серіктестерін байламайды: оларға басқа протеинкиназалар арқылы консервацияланған сериндерде (Ser 259 және Ser 621) фосфорилендірілуі қажет. Бұл оқиғаға қатысы бар ең маңызды кинеза - TGF бета- активтелген кинеза 1 (TAK1), ал осы фосфаттарды жоюға арналған ферменттер - белок фосфатазасы 1 (PP1) және белок фосфатазасы 2A (PP2A) кешендері. 14 3 3 ферменттерімен байланысу міндетті түрде тежеуші емес: Raf ашық және димеризацияланғаннан кейін 14 3 3 ферменттері транс- ферменттермен байланыса алады, екі кинезаны біріктіріп, оларды бір- біріне бөлуге емес, димерді нығайту үшін біріктіреді. 14 3 3 c Raf- мен өзара әрекеттесудің басқа тәсілдері де бар, бірақ олардың рөлі жақсы белгісіз. Димеризация Raf белсенділігін реттеудің тағы бір маңызды механизмі болып табылады және Raf белсенділік циклының фосфорилирленуіне қажет. Әдетте, димеризацияға тек "ашық" киназа домендері қатысады. B Raf-тан айырмашылығы, ол өзімен гомодимерлерді тез қалыптастырады, c Raf B Raf немесе KSR1мен гетеродимеризацияны артық көреді. Гомодимерлер мен гетеродимерлердің мінез-құлқы бірдей. Киназа доменіндегі Arg және Lys қалдықтарымен өзара әрекеттесу арқылы фосфорилендірілген активациялау циклдары конформациясын ауыстырады және ретке келтіріледі, дефосфорилендірілгенге дейін киназа доменін толық белсенді күйге тұрақты түрде бұғаттап тұрады. Фосфорилендірілген активациялық циклдер сондай-ақ киназаның автоингибиторлық доменінің болуына сезімталдықты жояды. KSR-лер осы соңғы қадамды өте алмайды, өйткені олардың белсенділеу циклдарында фосфориленетін қалдықтар жоқ. Бірақ Raf толық белсендірілгеннен кейін бұдан былай бұлай етудің қажеті жоқ: белсенді Raf ферменттері енді өз субстраттарын тарта алады. Көптеген белок кинезалары сияқты c Raf-та бірнеше субстраттар бар. BAD (жасуша өлімінің Bcl2 атагоны) c Raf- пен бірнеше аденолат циклаздар, миозин фосфатаза (MYPT), жүрек миы тропонині T (TnTc) және т. б. түрлерімен тікелей фосфорилирленеді. Ретинобластома ақуызын (pRb) және Cdc25 фосфатазасын да ықтимал субстраттар ретінде ұсынды. Барлық Raf ферменттерінің ең маңызды нысаналары MKK1 ((MEK1) және MKK2 ((MEK2) болып табылады. Фермент субстратының c Raf:MKK1 кешенінің құрылымы белгісіз болса да, оны KSR2:MKK1 кешенінен нақты үлгілеуге болады. Бұл МКК-лар Raf-пен байланысқанда олардың белсенділеу циклдеріндегі кем дегенде екі жерде фосфорилирленеді: бұл оларды да белсендіреді. Киназа каскадының нысаналары - МКК1 немесе МКК2 арқылы селективті түрде белсендірілетін ERK1 және ERK2. ERK-лардың жасушаларда көптеген субстраттары бар; олар ядролық транскрипция факторларын белсендіру үшін ядроға ауысуға қабілетті. Белсенділенген ERK- лар жасуша физиологиясының плейотроптық эффекттері болып табылады және жасушаның бөліну циклына, жасушаның көшіп-қонуына, апоптозды тежеуге және жасушаның дифференциациясына қатысатын гендік экспрессияны бақылауда маңызды рөл атқарады.

Адамның байланысты аурулары

Raf функциясының тұқым қуалайтын пайдасы кейбір сирек кездесетін, бірақ ауыр синдромдарға әсер етеді. Бұл мутациялардың көпшілігі 14 3 3 байланысу мотивтерінің бірінде бір ғана амин қышқылының өзгеруін қамтиды. Raf генінің мутациясы Нунэн синдромының мүмкін себептерінің бірі болып табылады: зардап шеккен адамдарда жүректің туа біткен ақаулары, қысқа және дисморфты бойлылық және басқа да бірнеше деформациялар бар. Raf- тың ұқсас мутациялары LEOPARD синдромы деп аталатын байланысты жағдайды (Лентиго, электрокардиографиялық аномалиялар, көз гипертелоризмі, өкпе стенозы, Аномальді жыныс мүшелері, өсудің кеміуі, саңыраулық) дефекттердің күрделі бірлестігімен бірге тудыруы мүмкін.

Қатерлі ісікке әсері

c Raf эксперименталды жағдайларда онкогенге мутация жасай алатыны анық, тіпті кейбір адам ісіктерінде, оның бауыры B-киназа Raf адамда канцерогенездің басты ойыншысы болып табылады.

B-Raf мутациялары

Адамның барлық ісіктерінен алынған үлгілердің шамамен 20% - ында B Raf генінің мутациясы бар. Бұл мутациялардың басым көпшілігі бір ғана амин қышқылының: Val 600-нің Glu-ға алмасуын қамтиды және бұл ауытқушы ген өнімін (BRAF V600E) клиникалық молекулалық диагностика үшін иммуногистохимия арқылы визуализациялауға болады. Аберрация активация циклының фосфорилирленуін еліктей алады және қалыпты активация кезіндегі барлық бақылау қадамдарын секіре отырып, киназа доменін дереу толық белсенді етеді. B Raf гомодимеризация арқылы және c Raf гетеродимеризация арқылы да белсендіре алатын болғандықтан, бұл мутация ERK1/ 2 жолды конститутивті белсенді етіп, жасушаның бақылаусыз бөліну процесін басқара отырып, апатты әсер етеді.

Терапиялық мақсат ретінде

Ras және B Raf мутацияларының ісіктің пайда болуына әсер етуіне байланысты, бірнеше Raf ингибиторлары, әсіресе V600E мутациясы бар B Raf- ға қарсы, қатерлі ісікпен күресу үшін әзірленді. Сорафениб бұрын емдеуге келмейтін қатерлі ісіктерді, мысалы бүйрек клеткалы карцинома мен меланоманы емдеуге фармакологиялық балама беретін алғашқы клиникалық пайдалы препарат болды. Кейін Vemurafenib, Regorafenib, Dabrafenib және т.б. сияқты бірнеше басқа молекулалар пайда болды. Өкінішке орай, АТФ-мен бәсекелесетін B Raf ингибиторлары K Ras тәуелді қатерлі ісіктерде жағымсыз әсер етуі мүмкін: олар B Raf үшін тым іріктеп алады. Олар B Raf белсенділігін мутацияланған B Raf негізгі кінәлі болған жағдайда өте жақсы тежесе де, олар B Raf-тың гомо және гетеродимеризациясын, өзімен және c Raf-пен де ынталандырады. Бұл Raf гендерінде ешқандай мутация болмаған жағдайда, оны тежеудің орнына c Raf активациясын күшейтеді, бірақ олардың ортақ активаторы K Ras белогы мутацияланған.