Раскрыт механизм эволюции GTP-сенсора из киназы

Международная исследовательская группа обнаружила, как промотирующая опухоли киназа эволюционировала в GTP-сенсорную киназу.

Исследование под руководством учёных из Университета Цинциннати и Университета Токио (Япония) при участии KEK, Университета Кэйо, Университета Риккё, Университета Хоси, Университета Токай и Медицинского университета Кансай было опубликовано 2 мая в журнале Structure.

Ключевое открытие

Полученные данные дают критическое понимание, связывающее ATP-предпочтение киназ, GTP-распознавание G-белков и эволюционный механизм нуклеотидной специфичности. Это может привести к разработке нового противоракового препарата, нацеленного на GTP-сенсорную киназу PI5P4Kβ, с использованием обнаруженной структурной информации, которая позволяет ей использовать GTP вместо ATP.

Важность киназ

Киназы — это ферменты, необходимые для клеточных процессов: передачи сигналов, транскрипции и метаболизма. Более 500 генов в геноме человека кодируют белки этого суперсемейства. Все они, включая протеинкиназы, фосфоинозитидкиназы (PI-киназы) и инозитолфосфаткиназы (IP-киназы), используют ATP в качестве физиологического донора фосфата. Однако механизм этого предпочтения перед другими нуклеозидтрифосфатами, включая GTP, оставался неизвестным.

Уникальный случай PI5P4Kβ

Ранее команда обнаружила сильное GTP-предпочтение киназы PI5P4Kβ, которая действует как внутриклеточный GTP-сенсор и регулирует опухолеобразование и стрессовые реакции. Чтобы понять механизм этой GTP-зависимости, необходимо было выяснить, как киназы в целом распознают ATP.

Методы исследования

  1. Структурный анализ: Сравнение 661 киназы и 128 G-белков, использующих GTP, выявило общий механизм распознавания ATP киназами.
  2. Изучение PI5P4Kβ: Комбинация биохимических и структурных анализов, включая ЯМР (NMR) и рентгеноструктурное исследование.
  3. Расчёты FMO: Использование технологии расчёта фрагментных молекулярных орбиталей (FMO) позволило идентифицировать критические аминокислотные остатки и белок-нуклеотидные взаимодействия, делающие PI5P4Kβ GTP-реактивной киназой.

Эволюционный механизм

Ретроградные мутации, «отматывающие» эволюцию GTP-использующей PI5P4Kβ от ATP-использующей киназы PI4P5K, выявили две ключевые мутации в короткой последовательности. Исследователи назвали её мотивом эффективной ассоциации гуанина (GEA motif). Именно этот мотив наделил PI5P4Kβ способностью чувствовать GTP.

Перспективы

Это открытие объясняет, как догматическое правило использования ATP киназами было нарушено в пользу GTP в PI5P4Kβ. Исследователи планируют продолжить работу над PI5P4Kβ для разработки терапий против раков, зависящих от этой GTP-сенсорной киназы.