CDK5 je prolin usmjerena serin ili treonin protein kinaza. Pripada obitelji ciklin-ovisnih kinaza, ali je atipična jer je ne aktiviraju ciklini, nego neuron-specifični proteini poput p35 i p39. Najveća ekspresija CDK5 je u neuronima koji su izašli iz staničnog ciklusa, ali može se pronaći i u stanicama izvan živčanog sustava, poput stanica imunološkog sustava i stanica gušterače. mini|Struktura CDK5 proteina

Struktura CDK5 Struktura ciklin-ovisne kinaze 5 (CDK5) definirana je njezinom pripadnošću obitelji serin/treonin kinaza i kodirana je CDK5 genom, pri čemu pokazuje visoku razinu strukturne sličnosti s CDK1, enzimom ključnim za regulaciju staničnog ciklusa. Jedna od najvažnijih strukturnih karakteristika CDK5 je segment poznat kao T-petlja, koji predstavlja kritičnu strukturu za njezino vezanje s aktivatorskim proteinima. Za razliku od većine ostalih kinaza iz ove obitelji koje aktiviraju ciklini, CDK5 zahtijeva vezanje za specifične aktivatore poput proteina p35 ili p39 kako bi postala funkcionalna.  Kada se p35 veže za CDK5, dolazi do značajne promjene u konformaciji (strukturi) enzima, što mu omogućuje da fosforilira svoje ciljne proteine. U patološkim stanjima, kao što je Alzheimerova bolest, protein p35 se cijepa u kraći i stabilniji fragment p25, koji također koristi T-petlju za vezanje, ali uzrokuje hiperaktivnost enzima i omogućuje mu fosforilaciju netipičnih ciljeva poput Tau proteina. Osim njezine katalitičke funkcije, struktura CDK5 je ključna i u živčanom sustavu, odnosno jezgri neurona gdje, formirajući dimer s p35, stupa u interakciju s transkripcijskim faktorom E2F1, čime fizički blokira vezanje kofaktora DP1 i suzbija stanični ciklus na način koji je neovisan o njezinoj enzimskoj (kinaznoj) aktivnosti.

Metode istraživanja strukture CDK5 Otkrivanje i istraživanje strukture te funkcionalnih interakcija CDK5 proteina provedeno je primjenom niza naprednih molekularno-bioloških i biokemijskih metoda. Temeljno razumijevanje proteina započelo je identifikacijom i kloniranjem CDK5 gena, što je omogućilo daljnja sustavna istraživanja. Za analizu specifičnih strukturnih mjesta, poput mjesta fosforilacije na aktivatoru p35 (npr. Ser8 i Thr138), istraživači su koristili mutagenezu zamjenom alaninom kako bi pratili promjene u ponašanju proteina. Jedna od ključnih suvremenih metoda za strukturno-funkcionalnu analizu je Phos-tag SDS-PAGE elektroforeza, koja omogućuje precizno razdvajanje različitih fosforiliranih izoformi, nakon čega se često provodi Western blot analiza za identifikaciju specifičnih proteina. Fizičko formiranje kompleksa s drugim faktorima, poput E2F1 ili kofaktora DP1, dokazano je metodama koimunoprecipitacije (Co-IP) i BiFC (bimolekularna fluorescencijska komplementacija), koje vizualiziraju interakcije unutar živih stanica. Dodatno, za detaljnu identifikaciju mjesta modifikacija i analizu izoformi korištena je masena spektrometrija (MALDI-TOF MS), dok su promjene u sposobnosti vezanja za DNK uslijed djelovanja CDK5 istraživane metodom EMSA (test pomaka pokretljivosti u gelu).

Uloge CDK5 u živčanom sustavu Tijekom razvoja mozga, CDK5 regulira migraciju neurona kako bi se osiguralo da se nalaze na pravom mjestu. Potiče rast neurita i formiranje aksona, koji kasnije grade neuronalnu mrežu. Posreduje i u sinaptičkoj plastičnosti koja je bitna za pamćenje i učenje različitih informacija. Održava stabilnost sinaptičke homeostaze kako bi neuroni normalno funkcionirali neovisno o promjeni ulaznih signala. Regulira cirkardijalni ritam, odnosno utječe na dnevne obrasce ponašanja i spavanja.

Aktivatori CDK5 i lokalizacija u stanici Za pravilnu funkciju, CDK5 treba specifične aktivatore. Ovisno o kojem aktivatoru je riječ, protein će imati određenu lokalizaciju unutar stanice.

Lokalizacija na staničnoj membrani p35 i p39 su proteini koji se uz pomoć mirostilacijske sekvence usidre u membranu stanice, odnosno vežu se za nju. U normalnim fiziološkim uvjetima, aktivni CDK5 kompleks se nalazi na staničnoj membrani, gdje fosforilira supstrate važne za razvoj neurona i živčanog sustava. Na primjer, CDK5 fosorilira Dcx i Ndel1. Ova dva proteina reguliraju dinamiku mikrotubula, što je važno za kretanje neurona.

Lokalizacija u jezgri stanice p25 je patološki fragment koji nastaje cijepanjem p35. Enzim koji cjepa p35 je kalpain i on se aktivira prilikom staničnog stresa ili oštećenja stanice. Zbog cijepanja p35, dolazi do gubitka mirostilacijske sekvence. p25 aktivira CDK5 u stanicama izvan živčanog sustava i usmjerava ga u jezgru stanice.

Ciklin I je fiziološki aktivator u zdravim tkivima poput bubrega. U normalnim fiziološkim uvjetima ciklin I se veže za CDK5 i zajedno s njim prolazi kroz jezgrine pore. Ulazak CDK5 u jezgru je olakšan zbog površinskih signala na ciklinu I.

Metode za ispitivanje aktivnosti proteina Za ispitivanje funkcije, aktivnosti i interakcije s drugim proteinima, ciklin-ovisna kinaza 5 može se istraživati korištenjem različitih bioeseja. S obzirom na funkciju, bioeseji mogu se podijeliti u nekoliko skupina.

Izvori

Kategorija:Bjelančevine