Введение
Семейство ферментов
В клеточной биологии протеинкиназа С, обычно сокращенная до PKC (EC 2.7.11.13), представляет собой семейство ферментов протеинкиназ, участвующих в контроле функции других белков посредством фосфорилирования гидроксильных групп серина и треонина в аминокислотных остатках этих белков, или является членом этого семейства. Ферменты PKC, в свою очередь, активируются сигналами, такими как повышение концентрации диацилглицерола (ДАГ) или ионов кальция (Ca2+). Таким образом, ферменты PKC играют важную роль в нескольких каскадах передачи сигналов. В биохимии семейство PKC состоит из пятнадцати изоферментов у человека. Они подразделяются на три подсемейства в зависимости от требований ко второму посреднику: классическое (или обычное), новое и атипичное. Классические (c)PKC содержат изоформы α, βI, βII и γ. Для их активации требуются Ca2+, DAG и фосфолипид, такой как фосфатидилсерин. Новые (n)PKC включают изоформы δ, ε, η и θ и требуют DAG, но не требуют Ca2+ для активации. Таким образом, классические и новые PKC активируются по тому же пути передачи сигнала, что и фосфолипаза С. С другой стороны, атипичные (a)PKC (включая изоформы белковой киназы Mζ и ι / λ) не требуют для активации ни Ca2+, ни диацилглицерола. Термин "протеинкиназа С" обычно относится ко всему семейству изоформ. Различные классы PKC, обнаруженные у челюстноротых позвоночных, происходят от 5 предковых членов семейства PKC (PKN, aPKC, cPKC, nPKCE, nPKCD), которые расширились в результате дупликации генома. Более широкое семейство PKC является древним и обнаружено у грибов, что означает, что семейство PKC присутствовало у последнего общего предка опистоконтов.
Регулирующие
Регуляторный домен или аминотерминальная область PKCs содержит несколько общих подрегионов. Домен C1, присутствующий во всех изоформах PKC, имеет сайт связывания с DAG, а также негидролизуемые, нефизиологические аналоги, называемые форболовыми эфирами. Этот домен функционален и способен связываться с DAG как в классических, так и в новых изоформах, однако домен C1 в атипичных PKC не способен связываться с DAG или форболовыми эфирами. Домен C2 действует как сенсор Ca2+ и присутствует как в классических, так и в новых изоформах, но функционирует как сенсор Ca2+ только в классических. Псевдосубстратный регион, присутствующий во всех трех классах PKC, представляет собой короткую последовательность аминокислот, имитирующих субстрат и связывающихся с субстратсвязывающей полостью в каталитическом домене, лишенную критических сериновых и треониновых фосфоакцепторных остатков, что поддерживает фермент в неактивном состоянии. При наличии достаточных концентраций Ca2+ и DAG они связываются, соответственно, с доменами C2 и C1 и рекрутируют PKC к мембране. Это взаимодействие с мембраной приводит к высвобождению псевдосубстрата из каталитического центра и активации фермента. Однако для того, чтобы эти аллостерические взаимодействия произошли, PKC должен быть сначала правильно свернут и принять конформацию, благоприятную для каталитической активности. Это зависит от фосфорилирования каталитической области, которое будет рассмотрено ниже.
Каталитический
Каталитическая область или киназное ядро PKC обеспечивает выполнение различных функций; PKB (также известный как Akt) и PKC-киназы демонстрируют приблизительно 40% сходства в аминокислотной последовательности. Это сходство возрастает до ~70% среди PKC и становится еще выше при сравнении внутри классов. Например, две атипичные изоформы PKC, ζ и ι/λ, идентичны на 84% (Selbie et al., 1993). Из более чем 30 структур белковых киназ, для которых определена кристаллическая структура, все имеют одинаковую базовую организацию. Они представляют собой двудольную структуру, состоящую из β-листа, формирующего N-концевую долю, и α-спирали, составляющей C-концевую долю. Как белки, связывающие АТФ (АТФ), так и сайты связывания субстрата расположены в расщелине, образованной этими двумя долями. В этой же области связывается псевдосубстратный домен регуляторной области. Еще одной важной для функционирования киназы особенностью каталитической области PKC является ее фосфорилирование. Конвенциональные и новые PKC имеют три сайта фосфорилирования, известные как: цикл активации, поворотный мотив и гидрофобный мотив. Атипичные PKC фосфорилируются только в цикле активации и по поворотному мотиву. Фосфорилирование гидрофобного мотива не требуется из-за наличия глутаминовой кислоты вместо серина, которая, обладая отрицательным зарядом, действует аналогично фосфорилированному остатку. Эти события фосфорилирования необходимы для активности фермента, а 3-фосфоинозитид-зависимая протеинкиназа 1 (PDPK1) является вышестоящей киназой, ответственной за инициирование процесса путем трансфосфорилирования цикла активации. Консенсусная последовательность ферментов протеинкиназы C аналогична последовательности протеинкиназы A, поскольку содержит основные аминокислоты вблизи Ser/Thr, подлежащих фосфорилированию. Их субстратами являются, например, белки MARCKS, MAP-киназа, ингибитор фактора транскрипции IκB, рецептор витамина D3 VDR, Raf-киназа, кальпаин и рецептор фактора роста эпидермиса.
Активация
После активации ферменты протеинкиназы C транслоцируются к плазматической мембране белками RACK (мембранно-связанными рецепторами для активированных белков протеинкиназы C). Эта локализация также обеспечивает ферменту доступ к субстрату, что является механизмом активации, называемым представлением субстрата. Ферменты протеинкиназы C известны своей длительной активацией: они остаются активными даже после исчезновения исходного сигнала активации или волны Ca2+. Предполагается, что это достигается за счет образования диацилглицерола из фосфатидилинозитола под действием фосфолипазы; жирные кислоты также могут играть роль в поддержании длительной активации. Транслокация к клеточной мембране является критически важной частью активации PKC. Интересно, что этот процесс нарушается в условиях микрогравитации, что приводит к иммунодефициту у астронавтов.
Патология
Протеинкиназа C, активируемая опухолевым промотором форбола-эстером, может фосфорилировать мощные активаторы транскрипции и тем самым приводить к увеличению экспрессии онкогенов, способствуя прогрессированию рака или вмешиваясь в другие процессы. Однако длительное воздействие форбола-эстера способствует снижению регуляции протеинкиназы C. Мутации, приводящие к потере функции, и низкий уровень белка PKC часто встречаются при раке, что подтверждает общую опухолеподавляющую роль протеинкиназы C.
Ферменты протеинкиназы C являются важными медиаторами сосудистой проницаемости и вовлечены в различные сосудистые заболевания, включая расстройства, связанные с гипергликемией при сахарном диабете, а также повреждение эндотелия и тканей, вызванное сигаретным дымом. Незначительная активация PKC достаточна для изменения хиральности клеток посредством сигнализации фосфатидилинозитол-3-киназы/AKT и изменяет организацию межклеточных соединений между клетками с противоположной хиральностью, что приводит к неожиданному значительному изменению проницаемости эндотелия, которое часто вызывает воспаление и развитие заболеваний.
Ингибиторы
Ингибиторы протеинкиназы С, такие как рубоксистаурин, могут быть потенциально полезны при периферической диабетической нефропатии. Челеритрин является природным селективным ингибитором PKC. Другие природные ингибиторы PKC – миабенол C, мирицитрин, госсипол. Другие ингибиторы PKC: вербаскозид, BIM 1, Ro31 8220. Бриостатин 1 может выступать в качестве ингибитора PKC; он изучался для лечения рака. Тамоксифен является ингибитором PKC.
Активаторы
Активатор протеинкиназы С ингенол мебутат, полученный из растения Euphorbia peplus, одобрен FDA для лечения актинического кератоза. Бриостатин 1 может выступать в роли активиатора PKCe и с 2016 года изучается в контексте болезни Альцгеймера. Тетрадеканоилфорбола-13-ацетат (PMA или TPA) является имитатором диацилглицерола, способным активировать классические PKC. Его часто используют в сочетании с иономицином, который обеспечивает кальций-зависимые сигналы, необходимые для активации некоторых PKC.