단백질키나제A

Protein kinase A
이 기사는 효소에 관한 것이다. 분해 상수 pK는a 산 분해 상수를 참조하십시오. 다른 용도는 PKA를 참조하십시오.
"CAMP 의존 단백질 키나아제"는 여기서 리디렉션된다. AMP활성 단백질 키나제 또는 사이클린 의존성 키나제들과 혼동해서는 안 된다.
cAMP 의존성 단백질 키나아제(단백질 키나제 A)
1cmk2.jpg
cAMP 의존 단백질 키나아제 헤테로12mer, Sus scrofa
식별자
EC 번호2.7.11.11
CAS 번호.142008-29-5
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세포생물학에서 단백질 키나아제 A(PKA)는 효소의 계열로서 활동이 순환형 AMP(cyclic AMP)의 세포 수준에 의존한다. PKA는 cAMP 의존 단백질 키나아제(EC 2.7.11.11)로도 알려져 있다. PKA는 글리코겐, 설탕, 지질대사의 조절을 포함한 세포 내 여러 기능을 가지고 있다.

역사

PKA로 약칭된 아데노신 3' 5'-모노인산염(순환 AMP) 의존 단백질 키나아제로 더 정확히 알려진 단백질 키나제 A가 화학자 에드먼드 H에 의해 발견되었다. 1968년 피셔와 에드윈 G. 크렙스. 그들은 인산염과 탈인산화에 대한 연구와 그것이 PKA 활동과 어떤 관련이 있는지를 인정받아 1992년 노벨 생리의학상을 수상했다.[1]

PKA는 부분적으로 독특함 때문에 가장 널리 연구되고 있는 단백질 키나제 중 하나이다; 인간의 키노메를 구성하는 540개의 다른 단백질 키나제 유전자 중에서 오직 한 개의 다른 단백질 키나제인 카제인 키나제2만이 생리적 4중상 복합체 안에 존재하는 것으로 알려져 있는데, 이는 4개의 하위유니트로 이루어져 있다는 것을 의미한다.[2]

포유류 PKA 서브유닛의 다양성은 스탠 맥나이트 박사 등이 4개의 가능한 촉매 서브유닛 유전자와 4개의 규제 서브유닛 유전자를 확인한 후 실현되었다. 1991년, 수잔 테일러와 동료들은 PKA Cα 하위 단위를 결정화하였는데, 이 단위는 최초로 단백질 키나제 코어의 바이오 로브 구조를 밝혀내 게놈(키노메)의 다른 모든 단백질 키나제에 대한 청사진을 제공하였다.[3]

구조

비활성일 때 PKA 홀로엔자임은 2개의 규제 서브유닛과 2개의 촉매 서브유닛으로 구성된 테트라머로 존재한다. 촉매 서브 유닛은 활성 사이트, ATP를 결합하고 가수 분해하는 단백질 키나제들에서 발견되는 일련의 표준 잔류물, 그리고 규제 서브 유닛을 결합하는 도메인을 포함한다. 규제 하위 유닛은 촉매 하위 유닛과 상호 작용하는 도메인인 순환 AMP에 바인딩할 도메인을 가지고 있으며, 자동 억제 도메인을 가지고 있다. RI와 RI의 두 가지 주요 규제 부문이 있다.[4]

포유류 세포는 최소한 두 가지 형태의 PKA를 가지고 있는데, I형은 주로 세포솔에 있는 반면, II형은 고정장치 섹션에서 설명한 규제 하위유닛과 특수 고정단백질을 통해 혈장막, 핵막, 미토콘드리아 외막, 마이크로튜브에 결합된다. 두 가지 유형에서 모두 촉매 서브유닛이 해방되고 활성화되면 핵(인산화 전사 규제 단백질)으로 이동할 수 있고, 규제 서브유닛은 세포질에 남아 있다.[5]

다음의 인간 유전자는 PKA 하위 단위를 암호화한다.

메커니즘

개요: PKA 활성화 및 비활성화 메커니즘

활성화

PKA는 cAMP 의존 단백질 키나아제라고도 알려져 있는데, 이는 전통적으로 다양한 신호에 반응하여 순환 아데노신 모노인산염(cAMP)이라는 두 번째 메신저 레벨이 상승할 때 촉매 서브유닛의 방출로 활성화되는 것으로 생각되어 왔기 때문이다. 하지만 최근 연구 규제AKAP-bound 신호 발생 단지를 비롯한 건전한 홀로 효소 단지,을 평가하 PKA의 촉매 활동의 지역 하부 세포 활성화 및 촉매 규제 요소의 물리적 분리 없이, cAMP.[6]용의 생리적인 농도에 추구해야 할 제안했다.7]에서는 대조적으로, 실험적으로 유도된 초생리적 농도인 cAMP는 세포에서 일반적으로 관측되는 것보다 더 높은 cAMP는 홀로엔자임 분리와 촉매 서브유닛의 방출을 유발할 수 있다.[6]

글루카곤과 에피네프린과 같은 세포외 호르몬은 대상 세포의 G단백질결합수용체(GPCR)에 먼저 결합함으로써 단백질 키나제 A 활성화를 촉발하는 세포내 신호전달 캐스케이드를 시작한다. GPCR이 세포외 리간드에 의해 활성화되면 단백질 영역 역학관계에 의해 부착된 세포내 이질성 G 단백질 복합체에 전달되는 수용체에서 순응적 변화가 유도된다. 자극받은 G단백질 복합체의 gs 알파 서브유닛은 GPCR이 촉매로 작용한 반응으로 GTP와 GDP를 교환하고 단지에서 방출된다. 활성화된 Gs 알파 서브유닛은 아데닐 사이클라아제라는 효소와 결합하여 활성화하며, 이는 다시 ATP를 cAMP로 변환하는 촉매 작용을 하여 cAMP 레벨을 직접 상승시킨다. 4개의 cAMP 분자가 두 개의 규제 하위 단위에 결합할 수 있다. 이 작업은 두 개의 cAMP 결합 사이트(CNB-B 및 CNB-A)에 각각 결합되는 두 개의 cAMP 분자에 의해 수행되며, 이는 PKA의 규제 서브유닛에 순응적인 변화를 유도하여 서브유닛이 현재 활성화된 두 개의 촉매 서브유닛을 분리 및 해제하게 한다.[8]

억제 규제 하위 유닛에서 방출된 촉매 서브유닛은 PKA, 일명 PKI의 열 안정 유사하중 억제제에 의한 변조를 포함하여 다른 층의 규제의 적용을 받지만 최소 기질 컨텍스트인 Arg-Arg-X-Ser/Thr에서 다수의 다른 단백질을 인산화시킬 수 있다.[9][7][10]

다음은 PKA 활성화에 관련된 단계 목록이다.

  1. 세포질 cAMP 증가
  2. 두 개의 cAMP 분자가 각 PKA 규제 하위 장치에 결합됨
  3. 규제 서브유닛이 촉매 서브유닛의 활성 부위에서 벗어나고 R2C2 복합체가 분리되는 경우
  4. 자유 촉매 서브유닛은 인산염 Ser 또는 Thr 잔류물에 대한 단백질과 상호작용한다.

카탈루션

그런 다음 자유 촉매 서브유닛은 세린 또는 트레오닌 잔류물에서 단백질 기판으로 ATP 단자 인산염의 전달을 촉진할 수 있다. 이 인산화 작용은 보통 기질의 활성도에 변화를 가져온다. PKA는 다양한 세포에 존재하며 서로 다른 기질에 작용하기 때문에 PKA 규제와 cAMP 규제는 많은 다른 경로에 관여한다.

추가 효과의 메커니즘은 직접 단백질 인산화 및 단백질 합성으로 나눌 수 있다.

  • 직접 단백질 인산화에서 PKA는 직접적으로 단백질의 활동을 증가시키거나 감소시킨다.
  • 단백질 합성에 있어서 PKA는 먼저 cAMP 반응 요소(CRE)를 결합하는 CREB를 직접 활성화하여 전사를 변화시키고 따라서 단백질의 합성을 변화시킨다. 일반적으로 이 메커니즘은 더 많은 시간(시간에서 일)이 소요된다.

인산화 메커니즘

기질 펩타이드의 세린/트레오닌 잔류물은 히드록실 그룹이 결합 ATP 분자의 감마 인산염 그룹을 향하도록 방향화된다. 기질, ATP 및 2 Mg2+ 이온 모두 PKA의 촉매 소단위와의 집중 접점을 형성한다. 활성 순응에서 C 나선은 N-단자 로브와 보존된 DFG 모티브의 아스파르타이트 잔여물을 ATP 기질을 배치하는 데 도움을 준다. ATP의 삼인산 그룹은 펩타이드 기질의 세린/트레오닌에 감마인산염의 전달을 위해 아데노신 포켓에서 지적한다. 알파-인산염 그룹과 베타-인산염 그룹의 위치를 조정하는 글루탐산염(E) 91과 리신(K) 72 등 보존된 잔류물이 몇 가지 있다. 펩타이드 기질 세린/트레오닌의 히드록실 그룹은 SN2 뉴클레오필러 반응을 통해 인에 있는 감마인산군을 공격하며, 이로 인해 단자 인산염이 펩타이드 기질에 전달되고 베타인산염군과 감마인산염군 사이의 인산염 결합이 갈라지게 된다. PKA는 단백질 키나제 생물학을 이해하는 모델로서, 보존된 잔류물의 위치가 인간 키노메의 활성 단백질 키나제와 비활성 유사키나제 부재를 구별하는 데 도움이 된다.

비활성화

cAMP

단백질 키나제 A의 다운 조절은 피드백 메커니즘에 의해 발생하며, PKA에 의해 활성화된 기판에 속하는 다수의 cAMP 가수 분해 인산염(PSE) 효소를 사용한다. 인산염 테라제는 cAMP를 빠르게 AMP로 변환시켜 단백질 키나제를 활성화시킬 수 있는 cAMP의 양을 줄인다. PKA 역시 PDK1과 같은 규제 키나제에 의한 자기인산화와 인산염에 의한 수정을 포함할 수 있는 복잡한 일련의 인산염 사건에 의해 조절된다.[7]

따라서 PKA는 부분적으로 cAMP 레벨에 의해 제어된다. 또한 촉매 소단위 자체는 인산화 작용에 의해 하향 조절될 수 있다.

앵커리지

PKA의 규제 서브 유닛 조광기는 세포 내부의 키나아제를 국산화하는데 중요하다. 다이머의 조광 및 도킹(D/D) 도메인은 A-키나아제 앵커 단백질(AKAP)의 A-키나제 결합(AKB) 도메인에 바인딩된다. AKAP는 PKA를 세포 내의 다양한 위치(예: 혈장막, 미토콘드리아 등)로 국산화한다.

AKAPs는 세포 내의 특정 위치에 매우 효율적인 신호 거점을 만들면서 많은 다른 신호 단백질을 결합시킨다. 예를 들어, 심장 근육 세포의 핵 근처에 위치한 AKAP는 PKA와 PKA의 생산성을 제한할 수 있는 인산염화효소(수체 cAMP)를 모두 결합할 수 있는데, 이는 cAMP가 규제 하위 단위에 결합되면 촉매 서브유닛이 활성화되기 때문이다.

함수

PKA 인산염은 아르기닌-아르기닌-X세린 모티브가 노출된 단백질을 차례로 활성화(비활성화)시킨다. PKA의 많은 가능한 기판이 존재한다; 그러한 기판의 목록은 NIH에 의해 이용가능하고 유지된다.[11]

단백질 발현이 세포 종류에 따라 다르기 때문에 인산화에 이용 가능한 단백질은 PKA가 존재하는 세포에 따라 달라질 것이다. 따라서 PKA 활성화 효과는 셀 유형에 따라 다르다.

개요표

세포형 기관/시스템 자극기
리간즈 → G-GPCRss
또는 PDE 억제제 		억제제
리간즈 → G-GPCRsi
또는 PDE 자극기 		영향들
아디포세균
근세포(골격근) 근육 계통
근세포(근육) 심혈관의
근세포(근육) 심혈관의 혈관확장(인산염, 불활성화, Myosin 라이트 체인 키나제)에 기여
간세포 간
세포핵에 있는 뉴런. 신경계 도파민 → 도파민 수용체 포상제도 활성화
신장 내 주요 세포 콩팥을
두꺼운 오름차순 사지 세포 콩팥을 바소프레신 → V2 수용체 Na-K-2Cl symporter 자극(아마도 작은 효과만 해당)[14]
피질수집관튜브세포 콩팥을 바소프레신 → V2 수용체 상피 나트륨 채널을 자극(아마도 경미한 효과만)[14]
내부 대수집합 덕트세포 콩팥을 바소프레신 → V2 수용체
근위부 경련된 관모세포 콩팥을 PTH → PTH 수용체 1 억제 NHE3 → ↓H+ 분비물[16]
대등세포 콩팥을 레닌 분비물

지방세포와 간세포에서

에피네프린과 글루카곤은 아데닐산 사이클라아제를 사용하여 G단백질 메커니즘을 통해 세포 내 cAMP 수치를 변경함으로써 단백질 키나제 A의 활성도에 영향을 미친다. 단백질 키나아제 A는 신진대사에 중요한 많은 효소를 인산화시키는 작용을 한다. 예를 들어 단백질 키노아제 A인산염은 아세틸-CoA 카르복실라아제 및 피루브산탈수소효소를 말한다. 이러한 공동효소변형은 이러한 효소에 억제효과를 가지므로 지질생식을 억제하고 순 글루코네제네시스를 촉진한다. 반면 인슐린은 이러한 효소의 인산화 수준을 떨어뜨려 오히려 지방생식을 촉진시킨다. 글루코네제네시스는 근세포에서 발생하지 않는다는 것을 기억하라.

핵에서 뉴런은 응축된다.

PKA는 도파민 신호를 핵에 있는 세포로 전달/전환을 하는데, 이것은 보상, 동기, 작업 만족도를 매개한다. 대부분의 보상 인식은 핵의 신경 활성화와 관련이 있는데, 그 중 몇 가지 예로는 성, 오락성 약물, 음식 등이 있다. 단백질 키나제 A 신호 전달 경로가 에탄올 소비량과 진정 효과의 변조를 돕는다. 쥐 연구에 따르면 유전자 감소를 통해 cAMP-PKA 신호 전달을 하는 생쥐는 에탄올 소모가 적고 진정작용에 더 민감하다.[18]

골격근에

PKA는 AKAP에 테더링한 후 특정 하위 세포 위치로 향한다. Ryanodine 수용체(RyR)는 근육 AKAP와 RyR 인산화 및 Ca의2+ 유출이 AKAP에 의한 RyR의 PKA의 국산화 작용으로 증가한다.[19]

심장근육에서

카테콜아민(Norepinephrine)에 의해 활성화된 β1 adrenoceptor로 알려진 GPCR에 의해 매개된 캐스케이드에서 PKA가 활성화되고 L형 칼슘 통로, 인광암반, 트로포닌 I, 미오신 결합 단백질 C, 칼륨 채널 등 수많은 표적을 인산화한다. 이것은 루시트로피뿐만 아니라 이노트로피를 증가시켜 수축력을 증가시킬 뿐만 아니라 근육이 더 빨리 이완할 수 있게 한다.[20][21]

기억 형성 중

PKA는 기억의 형성에 있어서 항상 중요한 것으로 여겨져 왔다. 과일파리에서는 DCO(PTCA 촉매 하위단위 부호화 유전자)의 발현 활성 감소가 심각한 학습장애, 중기 기억력, 단기 기억력을 유발할 수 있다. 장기 메모리는 PKA에 의해 조절되는 CREB 전사 인자에 의존한다. 드로소필라에 대한 연구는 PKA 활동의 증가는 단기 기억력에 영향을 줄 수 있다고 보고했다. 그러나 PKA 활동의 24% 감소는 학습 능력을 억제했고 16% 감소는 학습 능력과 기억력 보유 모두에 영향을 미쳤다. 정상 메모리의 형성은 PKA 수준에 매우 민감하다.[22]

참고 항목

참조

  1. ^ Knighton, D. R.; Zheng, J. H.; Ten Eyck, L. F.; Xuong, N. H.; Taylor, S. S.; Sowadski, J. M. (1991-07-26). "Structure of a peptide inhibitor bound to the catalytic subunit of cyclic adenosine monophosphate-dependent protein kinase". Science. 253 (5018): 414–420. Bibcode:1991Sci...253..414K. doi:10.1126/science.1862343. ISSN 0036-8075. PMID 1862343.
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외부 링크

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