Casein-Kinase 2 (CK2) ist eine hochkonservierte, phosphorylierte Serin/Threonin-Kinase, die weit verbreitet in verschiedenen Eukaryoten vorkommt und eine Vielzahl physiologischer Funktionen besitzt. CK2-Holoenzyme sind Heterotetramere, die aus zwei α-katalytischen Untereinheiten und zwei β-regulatorischen Untereinheiten bestehen, aber CK2-Monomere können auch unabhängig bestimmte physiologische Funktionen ausüben. Pflanzliche CK2 gehört meist zur Multigenfamilie. CK2 ist eine typische Multisubstrat-Proteinkinase mit Hunderten von Substraten. CK2 ist für die Lebensfähigkeit der Zellen von entscheidender Bedeutung. Durch vertiefte Forschung wurde zudem nach und nach aufgedeckt, dass CK2 wichtige physiologische Funktionen im Prozess der lichtvermittelten Genexpressionsregulation und Blühzeitkontrolle, der Regulation der physiologischen Uhr, stressresistenzbezogener Signalwege und der Entwicklung des Samenembryos bei Pflanzen spielt. Die eingehende Untersuchung der spezifischen Signalwege, an denen CK2 beteiligt ist, und ihrer Regulationsmechanismen in Pflanzen ist der Schlüssel zum Verständnis der CK2-Funktionen.

Einleitung

Casein-Kinase 2 (CK2) ist eine hochkonservierte, phosphorylierte Serin/Threonin-Kinase, die weit verbreitet in verschiedenen Eukaryoten vorkommt und mehrere physiologische Funktionen besitzt. Als die früheste identifizierte Proteinkinase gibt es Hunderte möglicher Zielstellen in CK2, die an vielen wichtigen physiologischen Prozessen wie der physiologischen Uhr, dem Photoperiodismus und der Entwicklung von Pflanzenblüten sowie der Regulation der ABA-/Stress-bezogenen Genexpression beteiligt sind. CK2 weist einige charakteristische Merkmale auf. Zum Beispiel ist CK2 acidophil, und ihr Rezeptor wird an Stellen mit mehreren sauren Aminosäuren phosphoryliert. Neben ATP als Phosphatgruppendonor kann CK2 auch GTP zur Bereitstellung von Phosphatgruppen verwenden. CK2 wird nicht durch Phosphorylierung reguliert und ist gegenüber allen derzeit bekannten sekundären Botenstoffen unempfindlich. Obwohl es kontinuierlich neue Forschungsergebnisse gibt, bleibt noch viel zu tun, um CK2 und ihre Beteiligung an physiologischen Prozessen und spezifischen physiologischen Funktionen aus biochemischer und genetischer Sicht vollständig zu verstehen, und über den Regulationsmechanismus von CK2 ist wenig bekannt. Daher ist CK2 nach wie vor eines der Forschungsinteressen der Wissenschaftler.

Funktionen

Als hochkonservierte Proteinkinase, die weit verbreitet in Tieren, Pflanzen und Pilzen vorkommt, ist CK2 für die Lebensfähigkeit der Zellen entscheidend. CK2 ist auch am Zellzyklusprozess in Pflanzen beteiligt, aber ihre Rolle bei der Bestimmung des Zellschicksals ist noch nicht gut untersucht. In Pflanzen ist CK2 an der Regulation der Genexpression im Lichtsignaltransduktionsweg beteiligt. HY5, ein wichtiges Mitglied des Arabidopsis-Lichtsignalwegs, spielt hauptsächlich eine Rolle bei der Förderung der Lichtmorphogenese und wird von CK2 reguliert, die sicherstellen kann, dass eine bestimmte Menge an HY5 in einem hyperphosphorylierten Zustand existiert und im Dunkeln vor dem Abbau durch das Proteasom geschützt ist. Diese Aktivität ermöglicht es HY5, nach dem Übergang von Nacht zu Tag schnell zu wirken. Es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass CK2 an der Regulation der physiologischen Uhr beteiligt ist. Der circadiane Rhythmus wird durch die transkriptionelle Rückkopplungsschleife des biologischen endogenen Oszillators aufrechterhalten, aber auch posttranskriptionelle Regulation wie Phosphorylierung spielt eine Schlüsselrolle.

Rolle bei der Tumorentstehung

In Substratarrays, die durch CK2 verändert werden können, wurde festgestellt, dass viele Substrate in Brust-, Lungen-, Darm- und Prostatakrebs vermehrt vorkommen. Die erhöhte Substratkonzentration in Krebszellen könnte darauf hindeuten, dass die Zellen Überlebensvorteile haben, und dass die Aktivierung vieler dieser Substrate CK2 erfordert. Die anti-apoptotische Funktion von CK2 ermöglicht es Krebszellen zudem, dem Zelltod zu entkommen und weiter zu proliferieren. Die Rolle von CK2 in der Zellzyklusregulation, die unter normalen Umständen gestoppt werden sollte, könnte ebenfalls auf die Rolle von CK2 bei der Ermöglichung des Zellzyklusfortschritts hinweisen. Dies fördert CK2 auch als möglichen therapeutischen Angriffspunkt für Krebsmedikamente. In Kombination mit anderen wirksamen Krebstherapien können CK2-Inhibitoren die Wirksamkeit anderer Therapien erhöhen, indem sie eine durch Medikamente induzierte Apoptose in normalem Maße ermöglichen.

Referenz:

1. Ahmad KA, E; et al. Proteinkinase CK2 – ein wichtiger Unterdrücker der Apoptose. Advances in Enzyme Regulation. 2008, 48: 179–87.