RNK-aktivirana protein-kinaza, također poznata kao protein-kinaza R (PKR), interferonom inducirana, dvolančana RNK-aktivirana protein-kinaza ili eukariotski faktor inicijacije translacije 2-alfa kinaza 2 (EIF2AK2) je enzim koji je kod ljudi kodiran genom EIF2AK2 na hromosomu 2. PKR je serin/tirozin-kinaza duga 551 aminokiselinu

PKR se može inducirati različitim mehanizmima stresa i štiti od virusnih infekcija. Također ima ulogu u nekoliko signalnih puteva.

Aminokiselinska sekvenca

|content=1020304050 MAGDLSAGFFMEELNTYRQKQGVVLKYQELPNSGPPHDRRFTFQVIIDGR EFPEGEGRSKKEAKNAAAKLAVEILNKEKKAVSPLLLTTTNSSEGLSMGN YIGLINRIAQKKRLTVNYEQCASGVHGPEGFHYKCKMGQKEYSIGTGSTK QEAKQLAAKLAYLQILSEETSVKSDYLSSGSFATTCESQSNSLVTSTLAS ESSSEGDFSADTSEINSNSDSLNSSSLLMNGLRNNQRKAKRSLAPRFDLP DMKETKYTVDKRFGMDFKEIELIGSGGFGQVFKAKHRIDGKTYVIKRVKY NNEKAEREVKALAKLDHVNIVHYNGCWDGFDYDPETSDDSLESSDYDPEN SKNSSRSKTKCLFIQMEFCDKGTLEQWIEKRRGEKLDKVLALELFEQITK GVDYIHSKKLIHRDLKPSNIFLVDTKQVKIGDFGLVTSLKNDGKRTRSKG TLRYMSPEQISSQDYGKEVDLYALGLILAELLHVCDTAFETSKFFTDLRD GIISDIFDKKEKTLLQKLLSKKPEDRPNTSEILRTLTVWKKSPEKNERHT C

Mehanizam djelovanja Protein kinazu-R aktivira dvolančana RNK (dsRNP+), koja u ćelije ulazi virusnom infekcijom. U situacijama virusne infekcije, dsRNK stvorena virusnom replikacijom i ekspresijom gena veže se za N-terminalni domen, aktivirajući protein. Aktivacija PKR putem dsRNK zavisi od dužine, što zahtijeva da dsRNK bude duga 30 bp da bi se vezala za molekule PKR. Međutim, višak dsRNK može smanjiti aktivaciju PKR. Vjeruje se da vezivanje za dsRNK aktivira PKR indukujući dimerizaciju kinaznih domena i naknadne reakcije autofosforilacije. Još nije utvrđeno da li PKR se aktivira u cis-položaju, pri čemu aktivacijska petlja protomera dopire do vlastitog katalitskog mjesta, ili u trans-položaju, pri čemu se aktivacijska petlja fosforilira u geometriji licem u lice, pomoću konjugiranog protomera. PKR se također može aktivirati proteinom PACT putem fosforilacije S287 na njegovom M3 domenu. promotorska regija PKR-a ima elemente odgovora stimulirane interferonom na koje se interferoni tipa I (IFN) vežu kako bi inducirali transkripciju PKR gena. Neka istraživanja ukazuju na to da PKR mogu stimulirati proteine toplotnog šoka, heparin, faktore rasta, bakterijske infekcije, proupane citokine, reaktivne vrste kisika, oštećenje DNK, mehanički stres i prekomjeran unos hranjivih tvari. Jednom aktivan, PKR je u stanju fosforilirati eukariotski faktor inicijacije translacije eIF2α. Ovo inhibira daljnju translaciju ćelijske mRNA, čime se sprječava sinteza virusnih proteina. Sveukupno, ovo dovodi do apoptoze virusom zaraženih ćelija kako bi se spriječilo daljnje širenje virusa. PKR također može izazvati apoptozu kod bakterijske infekcije reagirajući na LPS i proinflamatorne citokine. Apoptoza se također može dogoditi putem PKR aktivacije signalnog puta FADD i kaspaza. PKR također ima proinflamatorne funkcije, jer može posredovati u aktivaciji transkripcijskog faktora NF-kB, fosforilacijom njegove inhibitorne podjedinice, IkB. To dovodi do ekspresije molekula adhezije i transkripcijskih faktora koji ih aktiviraju, što izaziva upalne odgovore poput lučenja proupalnih citokina. PKR također aktivira nekoliko mitogenom aktiviranih protein-kinaza (MAPK) što dovodi do upale. Da bi uravnotežio efekte apoptoze i upale, PKR ima regulatorne funkcije. Aktivni PKR je također u stanju aktivirati tumorski supresor PP2A koji reguliše ćelijski ciklus i metabolizam. There is also evidence that PKR is autophagic as a regulatory mechanism.

thumb|370x370px|Slika prikazuje različite signalne puteve u kojima ima ulogu aktivirani PKR. Većina rezultata ovih puteva pomaže u borbi protiv virusne infekcije i regulaciji imunskog odgovora, dajući PKR apoptotsku i proupalnu funkcionalnost.

PKR stresni put PKR je u središtu ćelijskog odgovora na različite signale stresa kao što su pathogeni, nedostatak hranjivih tvari, citokini, zračenje, mehanički stres ili ER-stres. PKR put dovodi do stresnog odgovora putem aktivacije drugih stresnih puteva kao što su JNK, p38, NFkB, PP2A i fosforilacija eIF2α. ER-stres uzrokovan viškom nerazvijenih proteina dovodi do upalnih odgovora. PKR doprinosi ovom odgovoru interakcijom s nekoliko upalnih kinaza, kao što su IKK, JNK, ElF2α, receptori insulina i drugi. Ovaj metabolički aktivirani inflamasom naziva se metabolički inflamasom ili metaflamasom. Putem JNK signalnog puta, PKR također ima ulogu u insulinskoj rezistenciji, dijabetesu i gojaznosti< fosforilacijom IRS1. Inhibicija PKR kod miševa dovela je do smanjenja upale u masnom tkivu, povećane osjetljivosti na insulin i ublažavanja simptoma dijabetesa. PKR također učestvuje u odgovoru mitohondrijskog nesklopljenog proteina (UPRmt). Ovdje se PKR inducira putem transkripcijskog faktora AP-1 i aktivira neovisno od PACT-a. U ovom kontekstu, pokazalo se da je PKR relevantan za upalu crijeva.

Virusna odbrana Virusi su razvili mnoge mehanizme za suzbijanje PKR mehanizma. To se može učiniti mamcem dsRNK, degradacijom, skrivanjem virusne dsRNK, blokadom dimerizacije, defosforilacijom supstrata ili pseudosupstratom. Neki mehanizmi su još uvijek nepoznati, naprimjer, kod infekcije virusom limfocitnog koriomeningitisa PKR ne prepoznaje virus, i sadašnja anti-dsRNK antitijela imaju ograničenja u detekciji dsRNK vrsta negativno lančanih RNK-virusa, što zahtijeva korištenje drugačijeg pristupa za razumijevanje ovog mehanizma virusne odbrane.

Naprimjer, Epstein-Barrov virus (EBV) koristi gen EBER1 za proizvodnju mamca dsRNK. To dovodi do karcinoma kao što su Burkittov limfom, Hodgkinova bolest, nazofarinksni karcinom i razne leukemije.

+ Virusni odbrambeni mehanizmi protiv PKR Vrsta odbrane Virus Molekula Mamac dsRNK Adenovirus VAI RNK Epstein-Barr virus EBER HIV TAR Degradacija PKR Poliovirus 2Apro Sakrij virusnu dsRNA Virus vakcinije E3L Reovirus σ3 Virus gripe NS1 Blok dimerizacije Virus gripe p58IPK Virus hepatitisa C NS5A Pseudosupstrat Virus vakcinije K3L HIV Tat Defosforilacija supstrata Virus herpes simpleksa ICP34.5Nepoznati mehanizamVirus limfocitnog koriomeningitisaNP

Pamćenje i učenje

PKR nokaut miševi ili inhibicija PKR kod miševa poboljšava pamćenje i učenje. Neuronska degenerativna bolest Prvi izvještaj iz 2002. godine pokazao je da je imunohistokemijski marker za fosforilirani PKR i eIF2α pozitivno prikazan u degenerirajućim neuronima u hipokampusu i frontalnom korteksu pacijenata s Alzheimerovom bolešću (AD), što ukazuje na vezu između PKR i AD. Osim toga, mnogi od ovih neurona su također imunski obojeni antitijelom za fosforilirani Tau protein. Aktivirani PKR je specifično pronađen u citoplazmi i jedru, kao i kolokaliziran s neuronskim apoptotskim markerima. Dalje studije su procijenile nivoe PKR u krvi i cerebrospinalnoj tečnosti (CSF) kod pacijenata s Alzheimerovom bolešću i kontrolne grupe. Rezultat analize koncentracija ukupnog i fosforiliranog PKR (pPKR) u monojedarnim ćelijama periferne krvi (PBMC) kod 23 pacijenta s Alzheimerovom bolešću i 19 kontrolnih osoba pokazao je statistički značajno povećane nivoe odnosa fosforiliranog PKR/PKR kod pacijenata s Alzheimerovom bolešću u poređenju sa kontrolnom grupom. Procjene biomarkera u cerebrospinalnoj tečnosti (CSF), kao što su Aβ1-42, Aβ1-40, Tau i fosforilirani Tau na treoninu 181, validirana su upotreba u kliničkim istraživanjima i u rutinskoj praksi kako bi se utvrdilo da li pacijenti imaju abnormalnosti u cerebrospinalnoj tečnosti i moždane lezije uzrokovane Alzheimerovom bolešću (AD). Jedna studija je otkrila da su "ukupne koncentracije PKR i pPKR bile povišene kod ispitanika s AD i blagim kognitivnim oštećenjem s amnezijom, s vrijednošću pPKR (jedinice optičke gustoće) koja razlikuje pacijente s AD od kontrolnih ispitanika s osjetljivošću od 91,1% i specifičnošću od 94,3%. Među pacijentima s AD, ukupni nivoi PKR i pPKR koreliraju s nivoima p181tau u cerebrospinalnoj tečnosti. Neki pacijenti s AD s normalnim nivoima Aß, T-tau ili p181tau u cerebrospinalnoj tečnosti imali su abnormalne ukupne nivoe PKR i pPKR". Zaključeno je da bi proapoptotski put PKR-eIF2α mogao biti uključen u neuronsku degeneraciju koja dovodi do različitih neuropatoloških lezija kao funkcije neuronske osjetljivosti. PKR i beta amiloid' Aktivacija PKR može uzrokovati akumulaciju amiloid β-peptida (Aβ) putem derepresije ekspresije BACE1 (enzim za cijepanje APP na β-mjestu) kod pacijenata s Alzheimerovom bolešću. Normalno, 5′ netranslatirana regija (5′UTR) u BACE1 promotoru bi fundamentalno inhibirala ekspresiju BACE1 gena. Međutim, ekspresija BACE1 može se aktivirati fosforilacijom eIF2a, što poništava inhibitorni efekat koji vrši BACE1 5′ UTR. Fosforilacija eIF2a se pokreće aktivacijom PKR. Virusna infekcija kao što je herpes simplex virus (HSV) ili oksidativni stres mogu povećati ekspresiju BACE1 aktivacijom PKR-eIF2a dva puta.

Osim toga, povećana aktivnost BACE1 mogla bi također dovesti do disfunkcije endosomea kod Alzheimerove bolesti (AD) izazvane β-cijepanjem karboksi-terminalnog fragmenta β-amiloidnog prekursorskog proteina (APP-βCTF). Endosomi su visoko aktivna mjesta za obradu β-amiloidnog prekursorskog proteina (APP), a abnormalnosti endosoma povezane su s pojačanom ekspresijom ranog endosomalnog regulatora, Rab5. Ovo su najraniji poznati neuronski odgovor specifičan za bolest kod Alzheimerove bolesti. Povećana aktivnost BACE1 dovodi do sinteze APP-βCTF. Povišeni nivo βCTF zatim uzrokuje prekomjernu aktivaciju Rab5. βCTF regrutuje APPL1 na rab5 endosome, gdje stabilizuje aktivni GTP-Rab5, što dovodi do patološki ubrzane endocitoze, oticanja endosoma i selektivno oštećenog aksonskog transporta Rab5 endosoma.

PKR i Tau-fosforilacija Ranije je objavljeno da se fosforilirani PKR može kolokalizirati s fosforiliranim Tau proteinom u zahvaćenim neuronima. Poznato je da inhibitor proteina fosfataza-2A (inhibitor PP2A) – okadaična kiselina (OA) – povećava fosforilaciju tau-proteina, taloženje Aβ i smrt neurona. Proučavano je da OA također inducira fosforilaciju PKR i time fosforilaciju eIF2a. Fosforilacija eIF2a zatim inducira aktivaciju transkripcijskog faktora 4 (ATF4), što inducira apoptozu i jedarnu translokaciju, doprinoseći smrti neurona. Glikogen sintaza kinaza 3β (GSK-3β) je odgovorna za fosforilaciju tau proteina i kontroliše nekoliko ćelijskih funkcija, uključujući apoptozu. Druga studija je pokazala da tretman tunikamicin ili Aβ može indukovati aktivaciju PKR u ljudskim ćelijama neuroblastoma i može pokrenuti aktivaciju GSK3β, kao i fosforilaciju tau-proteina. Otkrili su da se u mozgu oboljelom od Alzheimerove bolesti, i aktivirani PKR i GSK3β, kolokaliziraju sa fosforiliranim tau-proteinom u neuronima. |U ćelijskim kulturama SH-SY5Y, tunikamicin i Aβ(1-42) aktiviraju PKR, koji zatim može modulirati aktivaciju GSK-3β i indukovati fosforilaciju tau-proteina, apoptozu. Sve ove procese ublažavaju inhibitori PKR ili PKR siRNK. PKR bi mogla predstavljati ključnu signalnu tačku koja prenosi signale stresa neuronskim putevima, interakcijom sa transkripcijskim faktorom ili indirektno kontroliše aktivaciju GSK3β, što dovodi do ćelijske degeneracije kod Alzheimerove bolesti. Fetusni alkoholni sindrom

PKR također posreduje u inhibiciji sinteze proteina i apoptozi izazvanoj etanolom, što je povezano sa fetusnim alkoholnim sindromom.

Interakcije

Pokazano je da protein kinaza R interraguje sa: ASK1, DNAJC3, ILF3, METAP2, P53, PPP1CA, PRKRA, STAT1, i TARBP2.

Reference

Dodatni izvori

Kategorija:EC 2.7.10 Kategorija:EC 2.7.11 Kategorija:Enzimi