Protein Kinase C Alpha (PKCα) ist ein Enzym, das beim Menschen durch das PRKCA-Gen kodiert wird.

Funktionen

PKC-α zeigt eine wichtige regulatorische Wirkung auf die Phospholipase D. Phospholipase D befindet sich auf der Plasmamembran und ist für die Hydrolyse von Phosphatidylcholin zu Phosphatidsäure und Cholin verantwortlich. Studien haben gezeigt, dass Phospholipase D eine Rolle bei der Tumorentstehung spielen kann, indem sie zelluläre Ereignisse wie Invasion und Migration verändert. Punktmutationen bestimmter Phenylalaninreste haben gezeigt, dass sie die Fähigkeit von PKC-α, Phospholipase D zu aktivieren, hemmen. Die hemmende Wirkung von PKC-α wird derzeit untersucht. Forscher hoffen herauszufinden, wie PKC-α genutzt werden kann, um die Aktivität der Phospholipase D zu reduzieren und diese Funktion zur Entwicklung von Krebsmedikamenten einzusetzen.

Struktur

PKCα ist ein Einzelketten-Polypeptid mit einem Molekulargewicht von etwa 78 KD. Es besteht aus einer regulatorischen Domäne am N-Terminus und einer katalytischen Domäne am C-Terminus. Die beiden sind durch eine „Scharnierregion“ verbunden, die durch eine Protease hydrolysiert werden kann. PKCα besteht aus 4 konservierten Regionen C1 bis C4 und 5 variablen Regionen V1 bis V5. Jede konservierte Region entspricht einem funktionellen Element, und einige variable Regionen haben ebenfalls eine teilweise Funktionsregulation. Die V3-Region ist eine Scharnierregion, die die regulatorische Domäne und die katalytische Domäne verbindet. Die Aktivierung von PKC legt die V3-Region frei, die dann leicht durch Proteasen hydrolysiert werden kann, um aktive Enzyme zu erzeugen. Vor der C1-Region befindet sich eine Pseudosubstratstelle. Da an der Phosphorylierungsstelle Alanin das Serin oder Threonin ersetzt, wird sie nicht phosphoryliert und blockiert so das aktive Zentrum des Enzyms. Diese Selbsthemmung durch Pseudosubstratstellen ist einer der selbstregulatorischen Mechanismen, die vielen Proteinkinasen gemeinsam sind. Die C1-konservierte Region von PKCα besteht aus zwei cysteinreichen, zinkfingerähnlichen Zufallswiederholungen, von denen es 8 konservierte Reste C6H2 (HX12CX2CX4CX2CX4HX2CX7C) gibt, die zwei zinkfingerähnliche Strukturen mit zwei Zn²⁺ bilden. Ester- und Phorbolester-Bindungsstelle. Die C2-konservierte Region von PKCα ist ausschließlich die Ca²⁺-Bindungsstelle und wird durch Ca²⁺ reguliert, während andere PKC-Aktivitäten nicht mit Ca2+ zusammenhängen. C3 und C4 sind konservierte Regionen, die sich in der katalytischen Domäne befinden. Die C3-Region enthält ATP-Bindungsstellen. C4 enthält eine Substratbindungsstelle und eine katalytische Kernsequenz DFG. Wenn die selbsthemmende Pseudosubstratsequenz vor der C1-Domäne nicht aktiviert ist, bindet sie an die C4-Substratbindungsregion und blockiert so die Bindung des echten Substrats. Bestimmte konservierte Reste in der katalytischen Domäne bilden die Aktivierungsschleife des PKC-Katalysekerns, die an allen Aspekten der Substraterkennung, -bindung und Phosphatgruppenübertragungsreaktionen beteiligt ist.

Regulationen

Die Proteinkinase-Familie wird durch allosterische Regulation gesteuert, also durch die Bindung regulatorischer Moleküle, die Konformationsänderungen des Enzyms bewirken und so die Enzymaktivität verändern. Der Hauptregulationsmechanismus von PKC-α besteht jedoch in der Interaktion mit Zellmembranen und nicht in direkten Wechselwirkungen mit spezifischen Molekülen. Die Zusammensetzung der Zellmembran beeinflusst ebenfalls die Funktion von PKC-α. Am wichtigsten ist das Vorhandensein von Calciumionen, Magnesiumionen und Diacylglycerolen (DAG), da sie die hydrophobe Domäne der Membran beeinflussen. Die unterschiedlichen Konzentrationen dieser drei Komponenten bestimmen die Länge der hydrophoben Domäne. Eine Membran mit einer langen hydrophoben Domäne führt zu einer verringerten Aktivität, da PKC-α schwer in die Membran einzufügen ist. Bei niedrigen Konzentrationen ist die hydrophobe Domäne kürzer, was das Einfügen von PKC-α in die Membran erleichtert und die Aktivität erhöht.

Verteilung von PKCα in normalen Geweben

Die Verteilung in normalen Geweben: PKCα gehört zur klassischen PKC-Untergruppe, die äußerst weit verbreitet ist. Es wird in fast allen Geweben exprimiert und ist an der Regulation von Zellfunktionen beteiligt. PKCα kommt im Myokardgewebe vor und ist reichlich in Kardiomyozyten adulter und säugender Ratten vorhanden. PKCα findet sich nur in Neuronen im Rattengehirn und wurde in Gliazellen nicht nachgewiesen. Am dreizehnten Tag der Embryonalentwicklung weisen die Motoneuronen im Rückenmark und Halsrückenmark der Ratte eine PKCα-Verteilung um den Zellkern, die Dendriten und Axone der Motoneuronen auf, die sich gerade aus dem Neuroepithel differenziert haben, und PKC im Zellkern nimmt im weiteren Verlauf allmählich ab.

Verteilung von PKCα in Tumorgewebe

Die Verteilung in Tumorgeweben: Die meisten Studien deuten darauf hin, dass PKCα in Tumorgeweben stark exprimiert wird, was die Proliferation von Tumorzellen fördern und die Apoptose und Differenzierung von Tumorzellen hemmen kann. Studien haben gezeigt, dass PKCα eng mit menschlichen Gliomen verbunden ist. Baltuch et al. fanden heraus, dass die Überexpression von PKCα mit der Malignität von Gliomzellen bei C6-Ratten zusammenhängt.

Schlussfolgerungen

PKC weist unterschiedliche biologische und enzymatische Eigenschaften auf. Es gibt bestimmte Unterschiede in der Proteinstruktur, Genstruktur, Gewebeverteilung und den Aktivatoren, und ihre Rollen in der Zellsignalübertragung unterscheiden sich deutlich. Jeder Subtyp von PKC hat komplexe Funktionen und Regulationsmechanismen, die an der Regulation verschiedener physiologischer und pathologischer Prozesse im Körper beteiligt sind. In den letzten Jahren hat sich die Erforschung der Gesamtfunktion von PKC allmählich auf die getrennte Untersuchung der Mitglieder der PKC-Familie verlagert. Die Beziehung zwischen PKCα-Subtypen und Signaltransduktionswegen sowie die Mechanismen der Zellproliferation, -differenzierung und -apoptose wurden in den letzten Jahren intensiv untersucht. Ihr spezifischer Inhibitor wird breite Anwendungsmöglichkeiten für die klinische Tumorbekämpfung bieten.

Referenzen

1. Wilson CH; et al. Steatose hemmt den store-operated Ca²⁺-Einstrom in Leberzellen und reduziert das ER-Ca²⁺ durch einen protein kinase C-abhängigen Mechanismus. The Biochemical Journal. 2015, 466 (2): 379-90.
2. Micol V; et al. Korrelation zwischen der Aktivität von protein kinase C alpha und dem Membran-Phasenverhalten. Biophysical Journal. 1999, 76 (2): 916-27.