ИРАК4 - IRAK4
IRAK-4 (киназа 4, ассоциированная с рецептором интерлейкина-1) из семейства IRAK представляет собой протеинкиназу, участвующую в передаче сигналов врожденного иммунного ответа от Toll-подобных рецепторов . Он также поддерживает передачу сигналов от рецепторов Т-клеток. IRAK4 содержит доменные структуры, аналогичные структурам IRAK1 , IRAK2 , IRAKM и Pelle. IRAK4 уникален по сравнению с IRAK1, IRAK2 и IRAKM тем, что он функционирует выше других IRAK, но по этому признаку больше похож на Pelle. IRAK4 важен для его клинического применения.
Животные без IRAK-4 более восприимчивы к вирусам и бактериям, но полностью устойчивы к заражению LPS .
История
Первая киназа, связанная с рецептором IL-1 (IRAK), была обнаружена в 1994 году в экспериментах с линиями Т-хелперных клеток мыши D10N и EL-4. Два года спустя был клонирован первый экспериментальный член этого семейства киназ, IRAK1. В 2002 году путем поиска в базе данных в Национальном центре биотехнологической информации в попытке распознать новых членов семейства IRAK была идентифицирована последовательность кДНК человека, которая кодировала пептид, имеющий значительную гомологию с IRAK1. Было обнаружено, что эта последовательность кДНК имеет пять аминокислотных замен по сравнению с IRAK1 и была названа IRAK4.
Было высказано предположение, что IRAK4 является гомологом у млекопитающих гена Pelle, обнаруженного у Drosophila melanogaster, и предполагается, что для его функционирования в активации NF-κB требуется его киназная активность . Это также было предложено Ли и др. что он может функционировать выше других IRAKs и, возможно, вызывать каскад событий фосфорилирования благодаря своей функции киназы IRAK1. Эта идея о каскаде событий фосфорилирования была подтверждена исследованием, в котором нокаут IRAK4 у мышей показал более тяжелый фенотип, чем другие эксперименты с нокаутом IRAK, и передача сигналов через рецептор Toll / IL-1 (TIR) практически исключена.
В 2007 году было обнаружено, что активность IRAK4 необходима для активации сигнальных путей, которые приводят к митоген-активируемым протеинкиназам (MAPK) или иммунным ответам, опосредованным Toll-подобным рецептором (TLR) , но не важна для Т-клеточного рецептора (TCR). ) сигнализация, как было предложено изначально.
В последние годы изучается роль IRAK4 в отношении меланомы и других видов рака. Было обнаружено, что IRAK4 находится на более высоком уровне в некоторых линиях меланомы. Снижая активность IRAK4, можно определить новые химиотерапевтические агенты для лечения пациентов с запущенной меланомой, для которой в настоящее время не существует эффективного лечения или лечения.
Белковая структура
IRAK4 представляет собой треонин / сериновую протеинкиназу, состоящую из 460 аминокислот, которая содержит как домен киназы, так и домен смерти . Его киназный домен демонстрирует типичную двулопастную структуру киназ с N-концевой долей, состоящей из пятицепочечного антипараллельного бета-листа и одной альфа-спирали . С-концевая доля состоит в основном из ряда альфа-спиралей. Также в N-конце IRAK4 содержится удлинение из двадцати аминокислот, что является уникальным для IRAK4 среди киназ даже в семействе IRAK. На стыке двух долей расположен сайт связывания АТФ, который покрыт тирозиновым привратником. Тирозин как привратник считается уникальным для семейства киназ IRAK. Белок также содержит три сайта автофосфорилирования, каждый из которых при мутации приводит к снижению киназной активности IRAK4.
Была определена структура аутофосфорилирования петли активации , в которой петля активации Thr345 одного мономера находится в активном центре другого мономера в кристалле (PDB: 4U9A, 4U97).
Функция, механизм, сигнальный путь
Члены суперсемейства рецепторов интерлейкина-1 ( Il-1R ) и Toll-подобных рецепторов имеют общий внутрицитоплазматический домен рецептора Toll-IL-1 ( TIR ), который опосредует рекрутирование комплекса киназы, ассоциированного с рецептором интерлейкина-1 (IRAK), через TIR -содержащие адаптерные молекулы. Сигнальный путь TIR-IRAK, по-видимому, имеет решающее значение для защитного иммунитета против определенных бактерий, но является избыточным против большинства других микроорганизмов . IRAK4 считается «основным IRAK» в семействе IRAK млекопитающих, потому что это единственный компонент в пути передачи сигналов IL-1 / TLR, который абсолютно важен для его функционирования. Когда один из этих путей стимулируется, клетка запускается, чтобы высвободить провоспалительные сигналы и запустить врожденное иммунное действие. Потеря IRAK4 или его внутренней киназной активности может полностью прекратить передачу сигналов через эти пути.
IRAK4 участвует в путях передачи сигналов, стимулируемых клеточными рецепторами, принадлежащими к суперсемейству рецепторов Toll / интерлейкина-1. Толл-подобные рецепторы (TLR) стимулируются распознаванием молекулярных паттернов, связанных с патогенами (PAMPS) , тогда как члены семейства IL-1R стимулируются цитокинами . Оба играют важную роль в иммунном ответе. Связывание лиганда вызывает конформационные изменения внутриклеточного домена, что позволяет рекрутировать каркасные белки. Один из этих белков, MyD88 , использует свои домены смерти для рекрутирования, ориентации и активации IRAK4. Затем IRAK2 может фосфорилироваться и соединяться с IRAK4 и MyD88 с образованием комплекса миддосом, который дополнительно фосфорилирует и рекрутирует IRAK1 . Комплекс миддосом и IRAK1 рекрутируют и активируют фактор 6, связанный с рецептором TNF (TRAF6) , убиквитин-протеинлигазу. TRAF6 может полиубиквитинировать IKK-γ, а также сам себя, который рекрутирует активированную TGF-β киназу 1 (TAK1), чтобы активировать ее способность фосфорилировать IKK-β . Оба эти пути работают, чтобы разрушить IKKγ, который высвобождает NFκB и освобождает его для транслокации в ядро. Кроме того, TAK1 может активировать JNK, чтобы индуцировать путь киназы MAP, который приводит к экспрессии гена, индуцированной AP-1 . Вместе AP-1 и NFκB приводят к усилению транскрипции цитокинов, продукции адгезионных молекул и высвобождению вторичных мессенджеров инфекции.
Центральным во всех этих сигнальных путях является киназа IRAK4. Результаты показывают, что IRAK4 является важным компонентом реакции животного на IL-1 . Было обнаружено, что животные с дефицитом этой киназы неспособны распознавать вирусных и бактериальных захватчиков и были полностью устойчивы к летальным дозам липополисахарида (ЛПС). Это связано с функцией IRAK4 как структурного белка, так и киназы. Обе эти функции необходимы для образования комплекса миддосом. Кроме того, было показано, что IRAK4 абсолютно необходим для передачи сигналов TLR. Мыши с дефицитом IRAK4 имеют сильно нарушенную способность продуцировать IL-6 , TNF-α и IL-12 в ответ на лиганды TLR. Однако стоит отметить, что, несмотря на его важность для многих иммунных сигнальных путей, IRAK4, по-видимому, не участвует в передаче сигналов TCR.
Клиническое значение
Есть три компонента доказательств, которые иллюстрируют участие IRAK4 в передаче сигналов TLR. Во-первых, IRAK4 является начальной киназой рядом с рецептором TLR для активации последующих эффекторов, таких как цитокины и хемокины, в воспалительном каскаде . Во-вторых, делеция гена IRAK4 приводит к различным дефектам цитокинового ответа, и, наконец, пациенты с дефицитом IRAK4 проявляют дефектный иммунитет в ответ на IL-1, IL-8 и другие лиганды, связывающие TLR. Учитывая положение IRAK4 ниже по течению этих сигнальных событий, это важная мишень лекарственной терапии для различных воспалительных заболеваний, включая ревматоидный артрит, воспалительное заболевание кишечника и другие аутоиммунные заболевания.
Рак простаты
Важной областью исследований, которые в настоящее время изучаются, является роль гена IRAK4 в развитии рака простаты. Есть несколько взаимодействующих факторов, которые приводят к развитию этого заболевания, однако генетическая предрасположенность к хроническому воспалению считается одной из наиболее важных. Было обнаружено, что мутации в гене IRAK4 могут приводить к дисфункциональной передаче сигналов TLR и, в конечном итоге, к усилению врожденных иммунных ответов и, следовательно, к усилению воспалительного ответа. Со временем это может привести к развитию рака простаты.
Меланома
Еще одно интересное применение гена IRAK4 было обнаружено в исследовании с участием пациентов с меланомой человека. Это исследование показало, что у пациентов с опухолями из меланиновых клеток наблюдается повышение уровня фосфорилирования IRAK4. МиРНК ингибирование по irak4 у мышей отображается большим смерть запрограммированных клеток (PCD) и рост опухоли замедлилась. Это экспериментальное исследование еще раз демонстрирует еще один способ нацеливания на IRAK4 в терапевтических целях.
IRAK4 как мишень для наркотиков
Общая проблема с лекарственной терапией или нокдауном IRAK4 заключается в том, что его отсутствие приведет к невыносимым побочным эффектам, учитывая, что IRAK4 играет чрезвычайно важную роль в сигнальном пути TLR. Было обнаружено, что дети с дефицитом IRAK4 имеют пониженный иммунитет к некоторым специфическим бактериальным инфекциям, но не к вирусным, паразитарным или другим микробным инфекциям. Однако по мере того, как эти дети вступают во взрослую жизнь, а материнские антитела перестают присутствовать, восприимчивость к инфекциям становится редкостью. В одном исследовании не было зарегистрировано никаких значительных бактериальных инфекций у всех обследованных пациентов старше 14 лет с дефицитом IRAK4. Это может означать, что на более поздних этапах жизни ингибирование IRAK4 может обеспечить преимущества против определенных заболеваний при сохранении иммунитета.
Следующим шагом в этой области исследований является создание безопасных ингибиторов IRAK4. Был достигнут скромный прогресс в разработке некоторых потенциальных ингибиторов IRAK4, в которых их механизм работает путем блокирования его тирозин-зависимого сайта связывания АТФ. По состоянию на 2007 год все потенциальные препараты находятся на ранних доклинических стадиях разработки.
Ранние стадии клинических испытаний ингибитора IRAK4 начались к 2019 году. Более того, деструкторы белка IRAK4 недавно начали клинические испытания, в первую очередь от Kymera Therapeutics.
использованная литература
внешние ссылки
- IRAK4 + белок, + человек в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- Обзор всей структурной информации, доступной в PDB для UniProt : Q9NWZ3 (киназа 4, ассоциированная с человеческим рецептором интерлейкина-1) в PDBe-KB .
- Обзор всей структурной информации, доступной в PDB для UniProt : Q8R4K2 (киназа 4, ассоциированная с рецептором интерлейкина-1 мыши) в PDBe-KB .
