Миозин-легкоцепочечная киназа: структура, функции и роль в сокращении мышц.
Myosin light-chain kinase
Миозиновый легкий цепный киназа (MLCK): структура, функции и роль в фосфорилировании миозина II. Важный фермент для сокращения мышц и клеточной подвижности.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Класс киназных ферментов
Class of kinase enzymes
Миозин-легкоцепочечная киназа, также известная как MYLK или MLCK, — это серин/треонин-специфическая протеинкиназа, которая фосфорилирует специфическую легкую цепь миозина, а именно регуляторную легкую цепь миозина II.
Myosin light chain kinase also known as MYLK or MLCK is a serine/threonine specific protein kinase that phosphorylates a specific myosin light chain, namely, the regulatory light chain of myosin II.
Общие структурные особенности
Хотя существует множество различных доменов в зависимости от типа клетки, есть несколько характерных доменов, общих для всех изоформ MYLK. MYLK содержат каталитическое ядро с доменом связывания АТФ. По обе стороны от каталитического ядра расположены участки связывания ионов кальция/кальмодулина. Связывание иона кальция с этим доменом повышает сродство MYLK к легкой цепи миозина. Этот домен связывания миозина расположен на C-конце киназы. На противоположной стороне киназы, на N-конце, находится домен связывания актина, который позволяет MYLK взаимодействовать с актиновыми филаментами, удерживая его на месте.
While there are numerous differing domains depending on the cell type, there are several characteristic domains common amongst all MYLK isoforms. MYLK’s contain a catalytic core domain with an ATP binding domain. On either sides of the catalytic core sit calcium ion/calmodulin binding sites. Binding of calcium ion to this domain increases the affinity of MYLK binding to myosin light chain. This myosin binding domain is located at the C Terminus end of the kinase. On the other side of the kinase at the N Terminus end, sits the actin binding domain, which allows MYLK to form interactions with actin filaments, keeping it in place.
Функция
Эти ферменты важны в механизме сокращения мышц. Как только в мышцу поступает приток ионов кальция (Ca2+), либо из саркоплазматического ретикулума, либо из внеклеточного пространства, может начаться сокращение гладких мышечных волокон. Сначала кальций связывается с кальмодулином. После притока ионов кальция и связывания с кальмодулином, pp60 SRC (протеинкиназа) вызывает конформационное изменение MYLK, активируя его и приводя к увеличению фосфорилирования легкой цепи миозина в сериновом остатке 19. Фосфорилирование MLC позволяет миозиновому мостику связываться с актиновым филаментом и запускает сокращение (через цикл поперечного мостика). Поскольку гладкая мышца не содержит тропонин-комплекс, как и полосатая мышца, этот механизм является основным путем регуляции сокращения гладкой мышцы. Снижение внутриклеточной концентрации кальция инактивирует MLCK, но не останавливает сокращение гладкой мышцы, так как легкая цепь миозина была физически модифицирована посредством фосфорилирования (а не за счет активности АТФазы). Для прекращения сокращения гладкой мышцы это изменение необходимо обратить. Дефосфорилирование легкой цепи миозина (и последующее прекращение мышечного сокращения) происходит благодаря активности второго фермента, известного как фосфатаза легкой цепи миозина (MLCP).
These enzymes are important in the mechanism of contraction in muscle. Once there is an influx of calcium cations (Ca2+) into the muscle, either from the sarcoplasmic reticulum or from the extracellular space, contraction of smooth muscle fibres may begin. First, the calcium will bind to calmodulin. After the influx of calcium ions and the binding to calmodulin, pp60 SRC (a protein kinase) causes a conformational change in MYLK, activating it and resulting in an increase in phosphorylation of myosin light chain at serine residue 19. The phosphorylation of MLC will enable the myosin crossbridge to bind to the actin filament and allow contraction to begin (through the crossbridge cycle). Since smooth muscle does not contain a troponin complex, as striated muscle does, this mechanism is the main pathway for regulating smooth muscle contraction. Reducing intracellular calcium concentration inactivates MLCK but does not stop smooth muscle contraction since the myosin light chain has been physically modified through phosphorylation(and not via ATPase activity). To stop smooth muscle contraction this change needs to be reversed. Dephosphorylation of the myosin light chain (and subsequent termination of muscle contraction) occurs through activity of a second enzyme known as myosin light chain phosphatase (MLCP).
Регуляторы вверх по потоку
Протеинкиназа C и ROC-киназа участвуют в регуляции поступления ионов кальция; эти ионы кальция, в свою очередь, стимулируют MYLK, вызывая сокращение. Рокиназа также модулирует активность MYLK, снижая активность белка-контрагента MYLK: фосфатазы легкой цепи миозина (MYLP). Помимо снижения активности MYLK, ROCK косвенно усиливает сокращение актина/миозина, ингибируя кофилин – белок, который деполимеризует актиновые стрессовые волокна. Аналогично ROCK, протеинкиназа C регулирует MYLK через белок CPI 17, который снижает активность MYLP.
Protein kinase C and ROC Kinase are involved in regulating Calcium ion intake; these Calcium ions, in turn stimulate a MYLK, forcing a contraction. Rho kinase also modulates the activity of MYLK by downregulating the activity of MYLK's counterpart protein: Myosin Light Chain Phosphatase (MYLP). In addition to downregulation of MYLK, ROCK indirectly strengthens actin/myosin contraction through inhibiting Cofilin, a protein which depolymerizes actin stress fibers. Similar to ROCK, Protein Kinase C regulates MYLK via the CPI 17 protein, which downregulates MYLP.
Мутации и болезни, которые вызывают
Было обнаружено, что некоторые заболевания легких возникают из-за неспособности MYLK нормально функционировать в клетках легких. Повышенная активность MYLK создает дисбаланс механических сил между соседними эндотелиальными и легочными клетками. Этот дисбаланс может привести к острому респираторному дистресс-синдрому, при котором жидкость проникает в альвеолы. Внутри клеток MYLK обеспечивает силу, направленную внутрь, фосфорилируя легкую цепь миозина, что вызывает сокращение комплекса стресс-волокон миозина/актина. В то же время, межклеточная адгезия посредством плотных и адгезионных контактов, а также закрепление на внеклеточном матриксе (ECM) через интегралины и фокальные адгезионные белки, создают силу, направленную наружу. Легкая цепь миозина тянет стресс-волокно актина, прикрепленное к кадерину, оказывая сопротивление силе кадерина соседней клетки. Однако, когда сила, направленная внутрь, со стороны стресс-волокна актина, становится больше, чем сила, направленная наружу, со стороны молекул клеточной адгезии из-за чрезмерной активности MYLK, ткани могут слегка растягиваться и становиться проницаемыми, что приводит к проникновению жидкости в легкие. Другой причиной расстройств гладкой мускулатуры, таких как ишемия-реперфузия, гипертензия и ишемическая болезнь сердца, являются мутации в протеинкиназе C (PKC), которые приводят к чрезмерному ингибированию MYLP, что противодействует активности MYLK путем дефосфорилирования легкой цепи миозина. Поскольку легкая цепь миозина не обладает собственной способностью к расщеплению фосфатов, чрезмерно активная PKC препятствует дефосфорилированию легкой цепи миозина, оставляя ее в активированной конформации и вызывая усиление сокращения гладкой мускулатуры.
Some pulmonary disorders have been found to arise due to an inability of MYLK to function properly in lung cells. Over activity in MYLK creates an imbalance in mechanical forces between adjacent endothelial and lung tissue cells. An imbalance may result in acute respiratory distress syndrome, in which fluid is able to pass into the alveoli. Within the cells, MYLK provides an inward pulling force, phosphorylating myosin light chain causing a contraction of the myosin/actin stress fiber complex. Conversely, cell cell adhesion via tight and adherens junctions, along with anchoring to extra cellular matrix (ECM) via integrins and focal adhesion proteins results in an outward pulling force. Myosin light chain pulls the actin stress fiber attached to the cadherin, resisting the force of the adjacent cell's cadherin. However, when the inward pulling force of the actin stress fiber becomes greater than the outward pulling force of the cell adhesion molecules due to an overactive MYLK, tissues can become slightly pulled apart and leaky, leading to passage of fluid into the lungs. Another source of smooth muscle disorders like ischemia–reperfusion, hypertension, and coronary artery disease arise when mutations to protein kinase C (PKC) result in excessive inhibition of MYLP, which counteracts the activity of MYLK by dephosphorylating myosin light chain. Because myosin light chain has no inherent phosphate cleaving property over active PKC prevents the dephosphorylation of myosin light protein leaving it in the activated conformation, causing an increase in smooth muscle contraction.