Введение

Набор из трех серин-треониновых протеинкиназ

Протеинкиназа B (PKB), также известная как Akt, – это общее название для набора из трех серин/треониновых протеинкиназ, играющих ключевую роль во множестве клеточных процессов, таких как метаболизм глюкозы, апоптоз, пролиферация клеток, транскрипция и миграция клеток.

Члены семьи - изоформы

Существует три различных гена, кодирующих изоформы протеинкиназы B. Эти три гена называются AKT1, AKT2 и AKT3 и кодируют серин/треонин-протеинкиназы RAC альфа, бета и гамма соответственно. Термины PKB и Akt могут относиться к продуктам всех трех генов в совокупности, но иногда используются для обозначения только PKB альфа и Akt1. Akt1 участвует в путях выживания клеток, ингибируя процессы апоптоза. Akt1 также способен индуцировать пути синтеза белка и, следовательно, является ключевым сигнальным белком в клеточных путях, ведущих к гипертрофии скелетных мышц и общему росту тканей. Мышиная модель с полной делецией гена Akt1 проявляет задержку роста и повышенный спонтанный апоптоз в тканях, таких как яички и тимус. Поскольку он способен блокировать апоптоз и тем самым способствовать выживанию клеток, Akt1 был вовлечен в качестве основного фактора во многих типах рака. Akt1 первоначально был идентифицирован как онкоген в трансформирующем ретровирусе AKT8. Akt2 является важной сигнальной молекулой в сигнальном пути инсулина. Он необходим для индукции транспорта глюкозы. У мышей, у которых отсутствует Akt1, но Akt2 функционирует нормально, гомеостаз глюкозы не нарушается, однако животные меньше, что соответствует роли Akt1 в росте. В отличие от этого, мыши, у которых отсутствует Akt2, но Akt1 функционирует нормально, демонстрируют умеренный дефицит роста и проявляют диабетический фенотип (инсулинорезистентность), что также подтверждает идею о том, что Akt2 более специфичен для сигнального пути инсулинового рецептора. Роль Akt3 менее ясна, хотя, по-видимому, она преимущественно экспрессируется в мозге. Сообщалось, что у мышей, лишенных Akt3, мозг меньше. Изоформы Акта сверхэкспрессируются в различных опухолях человека и, на геномном уровне, амплифицируются при аденокарциномах желудка (Akt1), яичников (Akt2), поджелудочной железы (Akt2) и раке молочной железы (Akt2).

Имя

Название Akt не отражает его функцию. "Ak" в названии Akt относится к штамму мышей AKR, у которых спонтанно развиваются тимомы и лимфомы тимуса. Буква "t" обозначает "тимому"; она была добавлена после выделения из штамма мышей Ak трансформирующего ретровируса, который получил название "Akt 8". Авторы указывают: "Штамм A мышей AKR, изначально инбридингованный в лаборатории доктора К. П. Роудса К. Б. Роудсом в Институте Рокфеллера". Когда был обнаружен онкоген, закодированный в этом вирусе, он был назван v-Akt. Соответственно, более поздние человеческие аналоги получили свои названия.

Регулирование

Akt1 участвует в PI3K/AKT/mTOR сигнальном пути и других сигнальных путях.

Связывающие фосфолипиды

Белки Akt содержат белковый домен, известный как PH-домен или домен гомологии плекстрина, названный в честь плекстрина – белка, в котором он был впервые обнаружен. Этот домен связывается с фосфоинозитидами с высокой аффинностью. В случае PH-домена белков Akt, он связывается либо с PIP3 (фосфатидилинозитол (3,4,5)-трифосфат, PtdIns(3,4,5)P3), либо с PIP2 (фосфатидилинозитол (3,4)-бифосфат, PtdIns(3,4)P2). Это важно для контроля клеточной сигнализации, поскольку дифосфорилированный фосфоинозит PIP2 фосфорилируется только семейством ферментов – PI3-киназами (фосфоинозитид-3-киназа или PI3K), и только после получения химических сигналов, которые предписывают клетке начать процесс роста. Например, PI3-киназы могут быть активированы G-белок-связанным рецептором или рецепторной тирозинкиназой, такой как рецептор инсулина. После активации PI3-киназа фосфорилирует PIP2, образуя PIP3.

Фосфорилирование

После правильного позиционирования на мембране посредством связывания с PIP3, Akt может быть фосфорилирован его активирующими киназами: фосфоинозитид-зависимой киназой 1 (PDPK1 в треонине 308 в Akt1 и треонине 309 в Akt2) и комплексом мишени рапамицина 2 для млекопитающих (mTORC2 в серине 473 (Akt1) и 474 (Akt2)), который обнаруживается в высоких концентрациях в состоянии питания, причём сначала фосфорилирование происходит посредством mTORC2. Таким образом, mTORC2 функционально выполняет роль давно искомой молекулы PDK2, хотя другие молекулы, включая интегралин-связанную киназу (ILK) и митоген-активированную протеинкиназу-активированную протеинкиназу 2 (MAPKAPK2), также могут выступать в качестве PDK2. Фосфорилирование посредством mTORC2 стимулирует последующее фосфорилирование изоформ Akt киназой PDPK1. Активированные изоформы Akt затем могут активировать или деактивировать множество своих субстратов (например, mTOR) посредством своей киназной активности. Помимо того, что изоформы Akt являются нисходящими эффекторами PI3-киназ, они также могут активироваться независимо от PI3-киназ. ACK1 или TNK2, нерецепторная тирозинкиназа, фосфорилирует Akt в остатке тирозина 176, что приводит к его активации независимо от PI3-киназ.

О-гликНаксилация

Akt может быть O-GlcNAцилирован OGT. O-GlcNAцилирование Akt связано со снижением фосфорилирования по T308.

Убиквитинация

Akt1 обычно фосфорилируется в положении T450 в участке разворота во время трансляции Akt1. Если Akt1 не фосфорилируется в этом положении, он неправильно сворачивается. Нефосфорилированный и неправильно свернутый Akt1 в положении T450 подвергается убиквитинированию и деградирует в протеасоме. Akt1 также фосфорилируется в T308 и S473 в ответ на IGF-1, и полученный полифосфорилированный Akt частично убиквитинируется E3-лигазой NEDD4. Большая часть убиквитинированного фосфорилированного Akt1 деградирует в протеасоме, в то время как небольшое количество фосфорилированного Akt1 перемещается в ядро зависимым от убиквитинирования образом для фосфорилирования своего субстрата. Мутант Akt1 (E17K), обнаруженный при раке, легче убиквитинируется и фосфорилируется, чем Akt1 дикого типа. Убиквитинированный фосфорилированный Akt1 (E17K) более эффективно перемещается в ядро, чем Akt1 дикого типа. Этот механизм может способствовать развитию рака, индуцированного Akt1 (E17K), у людей.

Липидные фосфатазы и PIP3

Активация Akt1, зависящая от PI3K, может регулироваться опухолевым супрессором PTEN, который по сути действует как противоположность вышеупомянутому PI3K. PTEN функционирует как фосфатаза, дефосфорилируя PIP3 обратно в PIP2. Это удаляет фактор мембранной локализации из сигнального пути Akt. Без этой локализации скорость активации Akt1 значительно снижается, а также снижается активность всех нисходящих путей, требующих активации Akt1. PIP3 также может быть дефосфорилирован в 5-м положении семейством инозитоловых фосфатаз SHIP, SHIP1 и SHIP2. Эти полифосфатные инозитолфосфатазы дефосфорилируют PIP3, образуя PIP2.

Фосфатазы белковые

Было показано, что фосфатазы семейства PHLPP, PHLPP1 и PHLPP2, непосредственно дефосфорилируют и, таким образом, инактивируют различные изоформы Akt. PHLPP2 дефосфорилирует Akt1 и Akt3, в то время как PHLPP1 специфичен для Akt2 и Akt3.

Функция

Акткиназы регулируют выживание и метаболизм клеток, связываясь и регулируя множество нижестоящих эффекторов, таких как ядерный фактор κB, белки семейства Bcl-2, основной регулятор лизосом TFEB и мышиный двойной минутный белок 2 (MDM2).

Выживаемость клеток

Акткиназы могут способствовать выживанию клеток, опосредованному факторами роста, как напрямую, так и косвенно. BAD – это проапоптотический белок семейства Bcl-2. Akt1 может фосфорилировать BAD на Ser136, что вызывает диссоциацию BAD от комплекса Bcl-2/Bcl-X и потерю проапоптотической функции. Akt1 также может активировать NF-κB, регулируя киназу IκB (IKK), что приводит к транскрипции генов, поддерживающих выживание.

Клеточный цикл

Известно, что изоформы Akt играют роль в клеточном цикле. При различных обстоятельствах было показано, что активация Akt1 позволяет преодолеть остановку клеточного цикла в фазах G1 и G2. Более того, активированный Akt1 может обеспечивать пролиферацию и выживание клеток, подвергшихся потенциально мутагенному воздействию, и, таким образом, может способствовать накоплению мутаций в других генах.

Метаболизм

Akt2 необходим для инсулиноиндуцированной транслокации переносчика глюкозы 4 (GLUT4) к плазматической мембране. Гликогенсинтазная киназа 3 (GSK 3) может быть ингибирована фосфорилированием Akt, что приводит к увеличению синтеза гликогена. GSK3 также участвует в сигнальном каскаде Wnt, поэтому Akt может быть также вовлечен в Wnt-путь. Его роль в стеатозе, индуцированной вирусом гепатита C (ВГС), неизвестна.

Лизосомный биогенез и аутофагия

Akt1 регулирует TFEB, ключевой регулятор биогенеза лизосом, посредством прямого фосфорилирования в серине 467. Фосфорилированный TFEB не попадает в ядро и проявляет меньшую активность.

Клиническая значимость

Белки Akt связаны с выживанием, пролиферацией и инвазивностью опухолевых клеток. Активация Akt также является одним из наиболее распространенных нарушений, наблюдаемых при раке человека и в опухолевых клетках. Опухолевые клетки с постоянно активным Akt могут быть зависимы от Akt для выживания. Поэтому понимание белков Akt и их сигнальных путей важно для разработки более эффективных методов лечения рака и опухолевых клеток. Мозаичная активирующая мутация (c. 49G→A, p. Glu17Lys) в гене Akt1 связана с синдромом Протея, который вызывает чрезмерный рост кожи, соединительной ткани, мозга и других тканей.

Ингибиторы акта

Ингибиторы Akt могут применяться для лечения раковых заболеваний, таких как нейробластома. Некоторые ингибиторы Akt прошли клинические испытания. В 2007 году VQD 002 находился на первой фазе клинических испытаний. В 2010 году Перифозин достиг второй фазы, но не прошел третью фазу в 2012 году. Мильтефозин одобрен для лечения лейшманиоза и изучается для других показаний, включая ВИЧ. В настоящее время считается, что Akt1 является "ключом" для проникновения HSV 1 и HSV 2 (вируса герпеса: орального и генитального, соответственно) в клетки. Высвобождение внутриклеточного кальция клеткой обеспечивает проникновение вируса герпеса; вирус активирует Akt1, который, в свою очередь, вызывает высвобождение кальция. Обработка клеток ингибиторами Akt перед воздействием вируса приводит к значительному снижению частоты инфицирования. В 2011 году MK 2206 опубликовал результаты первой фазы исследований при распространенных солидных опухолях, после чего были проведены многочисленные исследования второй фазы для широкого спектра типов рака. В 2013 году AZD5363 представил результаты первой фазы исследований солидных опухолей, а в 2016 году было опубликовано исследование AZD5363 в комбинации с олапарибом. Ипатасертиб находится на второй фазе клинических испытаний при раке молочной железы.

Снижение изоформ Akt может вызвать вредные эффекты

Активация изоформы Akt связана со многими злокачественными новообразованиями; однако исследовательская группа из Массачусетской общей больницы и Гарвардского университета неожиданно обнаружила обратную роль Akt и одного из его нисходящих эффекторов FOXO при острой миелоидной лейкемии (ОМЛ). Они утверждали, что низкий уровень активности Akt, связанный с повышенным уровнем FOXO, необходим для поддержания функции и незрелого состояния клеток, инициирующих лейкемию (LIC). FOXO активны, что указывает на снижение активности Akt, примерно в 40% образцов пациентов с ОМЛ, независимо от генетического подтипа; и активация Akt или комбинированное удаление FoxO1/3/4 снижали рост лейкозных клеток в модели на мышах.

Гиперактивация Akt1 может вызвать вредные эффекты.

Два исследования показывают, что Akt1 играет роль в опухолях ювенильных гранулезных клеток (JGCT). Более чем в 60% случаев JGCT, возникающих у девочек младше 15 лет, были обнаружены инфреймовые дупликации в домене плекстриновой гомологии (PHD) белка. В JGCT без дупликаций выявлены точечные мутации, затрагивающие высококонсервативные аминокислотные остатки. Мутировавшие белки, содержащие дупликации, демонстрировали измененное субклеточное распределение с выраженным обогащением на плазматической мембране. Это привело к значительной активации Akt1, подтвержденной высоким уровнем фосфорилирования и результатами репортерных анализов. Анализ данных секвенирования РНК (RNA Seq) выявил ряд дифференциально экспрессируемых генов, участвующих в цитокиновой и гормональной передаче сигналов, а также в процессах, связанных с делением клеток. Дальнейшие исследования указывают на возможный процесс дедифференцировки и предполагают, что большинство транскриптомных нарушений может быть опосредовано ограниченным набором факторов транскрипции, активность которых нарушена активацией Akt1. Эти результаты указывают на соматические мутации Akt1 как на ключевые, вероятные факторы, запускающие патогенез JGCT.