Введение

Ген, кодирующий белок у человека IRAK4 (интерлейкин-1 рецептор-ассоциированная киназа 4), относящийся к семейству IRAK, является протеинкиназой, участвующей в передаче сигналов врожденного иммунного ответа от Toll-подобных рецепторов. Он также поддерживает передачу сигналов от Т-клеточных рецепторов. IRAK4 содержит доменные структуры, сходные с таковыми у IRAK1, IRAK2, IRAKM и Pelle. IRAK4 уникален по сравнению с IRAK1, IRAK2 и IRAKM тем, что он функционирует выше по сигнальному каскаду, чем другие IRAK, но в этом отношении больше похож на Pelle. IRAK4 имеет важное клиническое значение. Животные без IRAK4 более восприимчивы к вирусам и бактериям, но полностью устойчивы к воздействию ЛПС.

История

Первая киназа, ассоциированная с рецептором IL-1 (IRAK), была обнаружена в 1994 году в экспериментах с мышиными Т-хелперными клеточными линиями D10N и EL 4. Два года спустя был клонирован первый экспериментально идентифицированный член этого семейства киназ – IRAK1. В 2002 году, при поиске в базах данных Национального центра биотехнологической информации с целью выявления новых членов семейства IRAK, была идентифицирована последовательность человеческой кДНК, кодирующая пептид, обладающий значительной гомологией с IRAK1. Эта последовательность кДНК содержала пять аминокислотных замен по сравнению с IRAK1 и была обозначена как IRAK4. Предполагалось, что IRAK4 является млекопитающим гомологом гена Pelle, обнаруженного у Drosophila melanogaster, и что для его функционирования в активации NF κB необходима его киназная активность. Ли и соавторы также предположили, что IRAK4 может функционировать выше по течению других IRAK и, возможно, инициировать каскад фосфорилирования посредством своей функции как киназы IRAK1.

Структура белка

IRAK4 — это треонин/серин-протеинкиназа, состоящая из 460 аминокислот, содержащая как киназный домен, так и домен смерти. В N-конце IRAK4 также присутствует уникальное для IRAK4 расширение из двадцати аминокислот, даже среди киназ семейства IRAK. В месте соединения двух лопастей расположен сайт связывания АТФ, прикрытый тирозиновым "воротарем". Считается, что тирозин в роли "воротаря" уникален для семейства киназ IRAK. Определена структура аутофосфорилирования петли активации, в которой треонин 345 (Thr345) петли активации одного мономера находится в активном центре другого мономера в кристаллической структуре (PDB: 4U9A, 4U97).

Функция, механизм, сигнальный путь

Члены рецептора интерлейкина 1 (Il 1R) и суперсемейства рецепторов, подобных Toll, имеют общий внутрицитоплазматический домен Toll IL 1 receptor (TIR), который опосредует рекрутирование комплекса киназы, ассоциированной с рецептором интерлейкина 1 (IRAK), посредством адапторных молекул, содержащих TIR. Сигнальный путь TIR-IRAK, по-видимому, имеет решающее значение для защитного иммунитета против определенных бактерий, но является избыточным в отношении большинства других микроорганизмов. IRAK4 считается «главным IRAK» в семействе IRAK млекопитающих, поскольку это единственный компонент в сигнальном пути IL 1/TLR, абсолютно необходимый для его функционирования. При стимуляции одного из этих путей клетка активируется для высвобождения провоспалительных сигналов и запуска врожденных иммунных реакций. Потеря IRAK4 или его собственной киназной активности может полностью остановить передачу сигналов по этим путям. IRAK4 участвует в сигнальных путях, стимулируемых клеточными рецепторами, принадлежащими к суперсемейству Toll/Interleukin 1. Рецепторы, подобные Toll (TLR), стимулируются при распознавании молекулярных паттернов, связанных с патогенами (PAMP), в то время как члены семейства IL 1R стимулируются цитокинами. Оба играют важную роль в иммунном ответе. Связывание лиганда вызывает конформационные изменения во внутриклеточном домене, что позволяет рекрутировать белки-каркасы. Один из этих белков, MyD88, использует свои домены смерти для рекрутирования, ориентации и активации IRAK4. Затем IRAK2 может быть фосфорилирован и присоединиться к IRAK4 и MyD88, образуя комплекс миддосомы, который дополнительно фосфорилирует и рекрутирует IRAK1. Ключевым звеном во всех этих сигнальных путях является киназа IRAK4. Результаты показывают, что IRAK4 является важнейшим компонентом в ответе животного на IL 1. Было обнаружено, что животные с дефицитом этой киназы не способны распознавать вирусных и бактериальных возбудителей и полностью устойчивы к летальным дозам липополисахарида (LPS).

Меланома

Еще одно интересное применение гена IRAK4 было обнаружено в исследовании, проведенном на пациентах с меланомой. Это исследование показало, что у пациентов с опухолями меланоцитов наблюдается увеличение степени фосфорилирования IRAK4. Ингибирование IRAK4 с помощью siRNA у мышей привело к усилению запрограммированной клеточной гибели (ПГК) и замедлению роста опухоли.

Рак поджелудочной железы

В модели на мышах введение IRAK4 снизило воспалительную сигнализацию, после чего Т-клетки начали атаковать опухоли, и иммунотерапия стала более эффективной.

Цель наркотиков

Общая проблема, связанная с лекарственной терапией IRAK4 или подавлением его экспрессии, заключается в том, могут ли его отсутствие вызвать непереносимые побочные эффекты, учитывая чрезвычайно центральную роль IRAK4 в сигнальном пути TLR. Следующим шагом в этой области исследований является создание безопасных ингибиторов IRAK4. Достигнут определенный прогресс в разработке некоторых потенциальных ингибиторов IRAK4, механизм действия которых основан на блокировании тирозин-зависимого участка связывания АТФ. Все потенциальные лекарственные препараты находятся на ранних стадиях доклинических исследований. К 2019 году начались клинические испытания ингибитора IRAK4 на ранней стадии. Более того, деградаторы белка IRAK4 недавно вошли в клинические испытания, наиболее заметным из которых является препарат, разработанный компанией Kymera Therapeutics.