蛋白激酶B的特性及其生物学功能.docx
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1、.蛋白激酶B的特性及其生物学功能 蛋白激酶B(protein kinase B, PKB)属于丝氨酸苏氨酸蛋白激酶家族成员,分子量为57KD,其结构与蛋白激酶A有68%的同源性,与蛋白激酶C有73%的同源性,因此又称为RAC-PK (related to theA and C protein kinase)。由于这种激酶是逆转录病毒Akt8癌基因v-akt编码的蛋白产物,故也称为PKB/AktI .21。 许多细胞因子、生长因子受体和抗原受体均可以诱导PKB/Akt活性,活化后的PKB/Akt在糖代谢、蛋白合成以及基因表达等过程中起着重要的调节作用3。人PKB/Akt基因位点接近免疫球蛋白重链
2、基因位点,后者区域频繁出现的易位和倒置通常和白血病、淋巴瘤的诱发相关,由此提示PKB/Akt的激活和调控对肿瘤发生具有潜在的影响。另外,PKB/Akt在细胞凋亡中也有特殊的作用(570目前,对PKB/Akt的研究已经成为细胞信号转导研究领域的一个新热点,本文综述近年来这方面的研究进展,从而增强人们对PKB/Akt作用的进一步认识。一个丝氨酸位点(Ser473 /Ser474) ' .2。 除C末端外,PKB/Akt结构在进化过程中高度保守。当PH区具有7个反向R折叠和一个。螺旋的结构掩盖住位于T-Loop区的Thr308位点时,PKB/Akt活性受到抑制;而当PH区和PIP3/PIP2
3、(Ptdlns-3,4,5-P3,磷脂酞肌醇3磷酸;Ptdlns-3,4-P2磷酸酞肌醇2磷酸)等结合时,这种抑制作用则丧失6。二、PKB /Akt的活化一、PKB /Akt的结构 已发现PKB/Akt有三种亚型,即PKBa (C-Aktl),PK印(GAkt2)和PKBy (GAkt3 ),它们之间的同源性高达82%,在人体组织中广泛表达。与PKBa和PKBp相比,PKBy在C端缺少23个氨基酸,具有组织特异性。在这三种亚型中,对PKBa的研究较多,编码人PKBa基因位于染色体14够2上4。 PKB/Akt家族蛋白分子为单链结构,由3个结构域组成:第1一147氨基酸构成N端调节区(AHdom
4、ain),其中1一106氨基酸组成PH区(pleckstrinhomologous domain),主要功能是将PKB/Akt定位在细胞膜;第148一411氨基酸构成中间的激酶区,其内包含一个保守的苏氨酸位点(1hr308 /1'hr309 /Thr305 ),该位点的磷酸化是PKB/Akt活化所必需的;第412一480氨基酸构成C末端调节区,富含疏水氨基酸和脯氨酸,可以和SH3 ( sr。同源序列3)区结合,除PKBy外,Pr-115a和PK印在这个区域均有 PKB/Akt可以被许多生长因子如PDGF,EGF,IGF-1和bFGF等和细胞因子如TNF, IL-1等激活,主要是通过PI
5、3K (phosphatidylinositol 3-kinase,磷脂酞肌醇三磷酸激酶)途径。PKB/Akt是P13K下游的一个靶位点,经P13K磷酸化后具有活性,PKB/Akt的活化过程可以被P13K抑制剂如wort-mannin和LY294002特异性地抑制7,810 RTK(receptor tyrosine kinase)自体磷酸化后,PI3K通过P85亚单位的SH2(sr。同源序列2)和磷酸化的酪氨酸残基相互作用,引起自身P110亚单位活性的变构调节而被激活9.101,此时P110可以催化膜上的磷脂酸肌醇4,5一双磷酸D3位点磷酸化,产生PIP31"l,再通过5一磷酸化酶
6、水解将部分PIPS脱磷酸化为PIP2a PIP3和PIP2均为细胞内的第二信使,正常情况下在细胞内含量较少,但在生长因子刺激下含量剧增,并为具有PH区的脂类结合蛋白激酶结合到膜上提供必要的位点。PKB/Akt通过PIPS和PIP2的介导转移到膜上,并改变结构以暴露T-Loop区内的Thr308位点6.1210 PDK1(3-phosphoinositide-dependent protein ki-nase,也称PDK或PKBK)为脂类结合蛋白激酶,具有PH区,也由PIP3和PIP2介导而结合到细胞膜上l3 l。当PKB/Akt的Thr308位点被PDK 1磷酸化和c末端调节区的Ser473位
7、点被PDK2磷酸化后,PKB/Akt则具有活性。最近发现PDK 1和 教育部访问学者专项基金(2001年度)资助。*长怪补联系人。细胞生物学杂志2002年PDK2两种酶之间是相互关联的。PDKI通过和来源于PRK2(protein kinase Grelated kinase-2)C末端的PIF(PDKl-internacting fragment)相互作用,激活其特异性底物,继而转化为能在PKB/Akt的Ser473位点上磷酸化PKB/Akt的PDK2,因此PDK2实质上是PDK1和PIF的复合物,PRK2则可能是PDK 1的底物,。 IP3(inositol trisphosphate)在
8、细胞膜上将含有PH区的蛋白卸载,使PKB/Akt活化并从细胞膜上脱离,后者再磷酸化其下游靶位点。活化的PKB/Akt在蛋白磷酸酶2A (PP2A)的去磷酸化作用下则失活31。另外,已活化的R-Ras和Ras突变体也可以通过PI3K途径激活PKB/Akt,例如,Ha-Ras介导的小肠上皮细胞转化就是通过P13K途径激活PKB/Akt'151。 三、PKB /Akt的生物学功能 1.参与糖元和蛋白合成等代谢过程 众所周知,胰岛素能够引发一系列生物学反应,现已证实许多反应均是通过PI3K调节的,其中包括葡萄糖运输,糖原合成和蛋白质合成,而PKB/Akt则作为关键激酶起着重要作用。PKB/Ak
9、t磷酸化的作用底物是糖原合成激酶3 (glycogen syn-theses kinase 3, GSK3 ),该酶可以磷酸化糖原合成酶使其失活,从而抑制糖原合成。而当GSK3的Ser位点被PKB/Akt磷酸化后,GSK3失活,由此不能磷酸化糖原合成酶,使得糖原合成酶依旧保持活性而刺激糖原的合成,这也是胰岛素作用机制之一161。另外,PKB/Akt引起的GSK3失活也参与了蛋白合成,并具有加强作用。Tor(rapamycin靶位点)可能是PKB/Akt下游作用位点,它可以磷酸化转录起始因子4E(elf-4E)一结合蛋白(4E-BPI),使其从eIF4E上分离下来,从而增强mRNA转录,促进蛋白
10、合成17,18)0 原来认为p706' (p70 ribosomal protein S6 ki-ruses)也是PKB/Akt下游的作用位点之一,可以磷酸化线粒体蛋白S6, PKB/Akt通过加强p70S6k表达水平促进蛋白合成”。然而,最新研究否认了这一观点,而是将p70'“和PKB/Akt并列为III-)A的作用底物,但其磷酸化机制比PKB/Akt更为复杂,涉及到许多磷酸化位点20l0 2。促进细胞存活、抑制细胞凋亡 (1)促进细胞存活,尤其是神经元一些生长因子通过PI3K/Akt途径阻止神经元进人死亡进程,从而促进神经元的存活i7,201。例如在海马神经元中,PKB/A
11、kt通过PI3K途径被激活后,抑制转录因子P53的活性,进而抑制海马神经元在缺氧和一氧化氮条件下发生的细胞死亡,由此促进神经元的存活(211。在小脑神经元发生过程中,通过P13K途径激活的PKB/Akt在介导IGF-1作用于小脑神经元存活时也发挥了关键作用227。因此PKB/Akt在介导各种生长因子促进神经元存活、抑制神经元溃变过程中具有重要的媒介作用。 (2)参与细胞凋亡调控近年来的研究表明PI3K-PKB/Akt参与一些细胞的凋亡调节,主要是抑制细胞凋亡活动。PKB/Akt主要通过作用于下列几种底物而抑制细胞凋亡,这些底物包括Bad,caspase9,FKHR(transcription
12、factors of the forkheadfamily)和IKK激酶等。 Bad是Bcl-2家族成员之一,正常状态下被磷酸化并与Bcl-XL结合,使Bcl-XL去磷酸化而失活,由此导致细胞凋亡。当生长因子作用于细胞后,导致Bad两个位点(Ser-112和Ser-136 )中的任何一个位点磷酸化,由此促使Bad从Bcl-XL脱离,而与细胞质内14一3一3蛋白(一种调节器蛋白,以磷酸化形式和许多信号分子相互作用)结合,结合后的Bad去磷酸化作用被抑制或者从线粒体上的靶位点分开,从而抑制细胞凋亡,促进细胞生长。PKB/Akt则主要作用于Bad的Ser-136位点上24,250 恍冬肤酶(casp
13、ase)是一类细胞内蛋白酶,作为细胞凋亡的启动者和效应器起作用。许多刺激细胞凋亡的信号可以诱导细胞色素C从线粒体释放到细胞质中,继而激活Apaf-1和胧冬肤酶9 ( caspase-9)。活化的胧冬肤酶( caspase-9 )直接和胧冬肤酶3(caspase-3)结合,激活后者引发其他一系列的胧冬肤酶(caspases)级联反应。PKB/Akt则磷酸化。as-pase-9而导致其失活,从而抑制细胞凋亡、促进细胞生长260 Forkhead家族成员(如FKHR, FKHRI_和AFX)在正常情况下从细胞质进人到细胞核,并且和细胞内特定的DNA元件结合,启动基因表达。PKB/Akt磷酸化Fork
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- 蛋白激酶 特性 及其 生物学 功能
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