Stav skryté kinázy umožňuje rychlou a opakovanou fosforylaci proteinů

Vědci z Dětské výzkumné nemocnice St. Jude charakterizovali skrytý přechodný stav v centru funkce kinázy Src. Tento skrytý stav umožňuje kináze opakovaně modifikovat svůj cíl, aniž by bylo nutné pokaždé uvolnit a znovu se k cíli připojit. Výzkumníci ukázali, že tento stav je životně důležitý pro aktivaci T-buněk a migraci buněk, zdůrazňují význam krátkodobých proteinových stavů pro hlavní biologické procesy a otevírají nové cesty pro terapeutické cílení kináz. Studie byla dnes zveřejněna v Věda.

Kinázy fungují jako hlavní spínače pro proteinovou funkci a jsou ústřední pro buněčný růst a přežití. Kinázy odstraňují fosfátovou skupinu z adenosintrifosfátu (ATP) a připojují ji k jiným proteinům. Tento proces, nazývaný fosforylace, vyžaduje, aby se kináza pohybovala různými tvary nebo stavy. Zatímco některé diskrétní stavy fosforylace jsou dobře zavedené, tým vedený Charalamposem Babisem Kalodimosem, PhD, předsedou katedry strukturní biologie St. Jude, použil nukleární magnetickou rezonanční spektroskopii ke zkoumání krátkodobých přechodných stavů přijatých členy rodiny kináz Src, jako součást iniciativy St. Jude Blue-Sky Kinases.

Studiem toho, jak tyto skryté stavy vypadají, jsme zjistili, že bychom mohli lépe vysvětlit mnoho mechanismů biologie souvisejících s kinázami.“

Charalampos Babis Kalodimos, PhD, předseda katedry strukturní biologie St. Jude

Skrytý stav umožňuje rychlou fosforylaci

Mnoho biologických procesů, jako je migrace buněk, závisí na procesní fosforylace proteinu, při které je na jeden protein na různých místech přidáno více fosfátů. To vyžaduje rychlé odstranění odpadu adenosindifosfátu (ADP) z kinázy. Výzkumníci zjistili, že Src má skrytý stav, který funguje jako mechanismus rychlého uvolňování, který zajišťuje rychlé odstranění ADP z kinázy.

„Tyto kinázy musí pracovat procesním způsobem, takže jakmile se dostanou na svůj cíl, mohou jej fosforylovat na více místech najednou, než se disociují,“ vysvětlil Kalodimos. „Z tohoto důvodu potřebují rychle uvolnit produkovaný ADP, aby se nová molekula ATP mohla vázat a zahájit nový cyklus.“

Tento obrat ADP/ATP musí proběhnout rychle; jinak se kináza vzdálí příliš brzy a cílový protein je nedostatečně fosforylován. Zatímco prchavý výskyt tohoto skrytého stavu vysvětluje jeho nepolapitelnost, jeho zachování napříč jinými kinázami, včetně Lck a Hck, podtrhuje jeho důležitost pro buněčnou funkci. Když výzkumníci eliminovali tento stav pomocí cílených mutací, zjistili, že buněčná migrace (řízená Src a Hck) a regulace T-buněk (řízená Lck) byly významně ovlivněny.

„Tato pozorování ukazují, že tyto skryté stavy kináz zajišťují přesnou regulaci různých buněčných funkcí,“ řekl první autor Yixin Cui, PhD, Katedra strukturální biologie.

Zjištění rozšiřují naše základní chápání funkce kinázy a připravují půdu pro nové terapeutické přístupy, které se selektivně zaměřují na tyto nově objevené konformační stavy. Skrytý stav lze navíc využít k jemnému doladění kinázové aktivity v uměle vytvořených systémech, jako jsou chimérické antigen receptor (CAR) T buňky.

„Src kinázy jsou životně důležité pro zdraví a mnoho nemocí, stejně jako pro funkci adoptivních imunoterapií, jako jsou CAR T buňky, které prokázaly velký přínos při cílení na určité druhy rakoviny,“ řekl spoluautor Terrence L. Geiger, MD, PhD, senior viceprezident a zástupce ředitele pro akademické a biomedicínské operace a člen Ústavu patologie a imunologie. „Tyto poznatky přetvářejí naše chápání toho, jak jsou přenášeny buněčné signály, a odhalují nové strategie k terapeutické změně kinázové aktivity a modulaci chování buněk.“

Zatímco studie je informativní pro potenciální terapeutické přístupy, rozšíření našich znalostí o konformační krajině kináz přesahuje rodinu kináz Src. Vědci zkoumají skryté stavy napříč jinými kinázami, aby lépe porozuměli této základní proteinové rodině.

„Je pravděpodobné, že existují další skryté nebo neviditelné stavy, které jsme dosud nezjistili,“ řekl Kalodimos. „Jen jsme poškrábali povrch – zbývá odhalit mnoho dalších neviditelných stavů.“

Autoři a financování

Dalšími autory studie jsou Rustam Ali, Mary Clay, Paolo Rossi, Aizhuo Liu, Darong Yang a Nancy Gough, St. Jude.

Studii podpořila iniciativa Blue Sky Initiative „Vidět neviditelné v proteinkinázách“ Jude Children’s Research Hospital, National Institutes of Health (R35 GM122462) a American Libanese Syrian Associated Charities (ALSAC), organizace pro získávání finančních prostředků a zvyšování povědomí o St. Jude.