Chk1 (Checkpoint-Kinase 1, Chk1) ist ein Mitglied der Familie der Serin/Threonin-Protein-Kinasen und das Kernprotein des Zellzyklus-Checkpoints in der DNA-Schadenantwort (DDR). Viele Studien haben gezeigt, dass die Chk1-Protein-Kinase die Funktion hat, die Proliferation von Tumorzellen zu fördern. Der Mangel an CHK1-Protein-Kinase kann Tumorzellen empfindlicher gegenüber Strahlentherapie oder Chemotherapie machen, und ihre Inhibitoren in Kombination mit anderen molekularen zielgerichteten Medikamenten haben einen "synthetischen letalen" Effekt, sodass Chk1 als neues Ziel für zukünftige Tumorbehandlungen dienen könnte.

Abbildung 1. Proteinstruktur von Chk1.

Funktionen

Checkpoint-Kinasen (Chks) sind Protein-Kinasen, die an der Kontrolle des Zellzyklus beteiligt sind. Zwei Subtypen von Checkpoint-Kinasen wurden identifiziert: Chk1 und Chk2. Chk1 ist ein wichtiger Bestandteil des Genomüberwachungswegs und ein Schlüsselregulator des Zellzyklus und des Zellüberlebens. Chk1 ist erforderlich, um DNA-Schaden-Checkpoints einzuleiten, und es wurde kürzlich gezeigt, dass es eine Rolle im normalen (ungestörten) Zellzyklus spielt. Chk1 beeinflusst alle Phasen des Zellzyklus, einschließlich der S-Phase, des G2/M-Übergangs und der M-Phase. Neben der Vermittlung von Zellzyklus-Checkpoints hilft Chk1 auch bei DNA-Reparaturprozessen, der Gen-Transkription, der embryonalen Entwicklung und der Reaktion von Zellen auf HIV-Infektionen und somatische Reaktionen.

Struktur der Chk1-Protein-Kinase

Das menschliche Chk1-Gen befindet sich auf Chromosom 11q24 und kodiert eine Protein-Kinase mit 476 Aminosäuren und einem Molekulargewicht von 54 kD. Es ist in der Evolution hochkonserviert und kommt weit verbreitet in eukaryotischen Zellen vor. Es wurde ursprünglich in Spaltpilzen gefunden. Es umfasst vier Domänen: N-terminale Kinase-Domäne, variable Verbindungsdomäne, SQ/TQ-regulatorische Domäne und C-terminale Inhibitor-Domäne. Die Chk1-Protein-Kinase ist ein wichtiger Regulator des Zellzyklus, des Zellüberlebens und der Embryogenese. Im normalen Zellzyklus reguliert die Chk1-Protein-Kinase die DNA-Replikation in der S-Phase, den Eintritt in den G2/M-Übergang und die Mitose sowie die Spindel-Checkpoints in der M-Phase. Darüber hinaus reguliert die Chk1-Protein-Kinase auch die Stress- und Hitzeschockreaktion von Zellen auf HIV-Infektionen, Sauerstoffexposition, Proteinfehlfaltung usw.

Chk1-Protein-Kinase und Zellzyklus

Der Zellzyklus besteht aus einer Reihe von hochgeordneten und kontinuierlichen Phasen, die letztendlich Zellen teilen und proliferieren. Ein wesentliches Merkmal davon ist die Phasensequenz, das heißt, der Zellzyklus beginnt und tritt in die nächste Phase ein, nachdem die vorherige Phase abgeschlossen ist. Dieses Merkmal wird durch den regulatorischen Mechanismus des Zellzyklus überwacht, dessen Kernkomponente die zellzyklusabhängige Protein-Kinase (Cyclin-abhängige Kinase, CDKs) ist. CDKs sind auf die spezifische oder phasische Expression, Ansammlung und den Abbau von Cyclinen angewiesen, um den Zellzyklusprozess zu steuern. CDKs und Cycline kombinieren sich, um einen Mitose-fördernden Faktor (MPF) zu bilden, der den Beginn und den Fortschritt verschiedener Verknüpfungen im Zellzyklus reguliert. CDKs sind die katalytischen Untereinheiten von MPF, und Cycline sind die regulatorischen Untereinheiten von MPF. Cdc25-Familien-Phosphatasen können CDK1 dephosphorylieren und aktivieren, wodurch der Zellzyklus gefördert wird; die Wee1-Protein-Kinase kann CDK1 phosphorylieren und die Aktivität von CDK1 hemmen, sodass der Zellzyklus in der G2-Phase blockiert wird; PLK1 (Polo-like Kinase 1, PLK1) ist eine mitotische Kinase, die an der Reifung des Centrosoms, der Spindelbildung und der zytoplasmatischen Trennung beteiligt ist. Sie kann Wee1 phosphorylieren und abbauen, was zur Aktivierung von CDK1 und zum Eintritt in die Mitose führt.

Chk1-Protein-Kinase-Inhibitor

Chk1-Protein-Kinase-Inhibitoren (Abbildung 2) umfassen ATP-wettbewerbsfähige Inhibitoren und nicht-ATP-wettbewerbsfähige Inhibitoren. Erstere hemmen die Kinase-Aktivität durch gezielte Bindung an die ATP-bindende Scharnierregion der Chk1-Protein-Kinase, während letztere am allosterischen Ort der Chk1-Protein-Kinase wirken. Chk1-Protein-Kinase-Inhibitoren werden basierend auf ihrer chemischen Struktur in sieben Kategorien unterteilt, darunter Pyrrolocarbazolonen, Indolen, Quinolinonen, Indenopyrazolen, Harnstoffen, Schwefelverbindungen und einige andere Typen.

Fazit

Chk1-Protein-Kinase spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulierung des Zellzyklus und der DNA-Schadenantwort. Im normalen Zellzyklus reguliert die Chk1-Protein-Kinase den Eintritt in den G1/S-Übergang, die S-Phase und die Mitose. In der DDR ist die Chk1-Protein-Kinase ein wichtiger Signalsensor und ein Auslöser für die Aktivierung des G2-Checkpoints. Bedeutende Fortschritte in der potenziellen Rolle der Chk1-Protein-Kinase als Ziel für die Krebsbehandlung.

Referenz:

1. Sanchez Y; et al. Conservation of the Chk1 checkpoint pathway in mammals: linkage of DNA damage to Cdk regulation through Cdc25. Science. 1997, 277 (5331): 1497–501.