Die Casein-Kinase-1 (CK1) Familie der Serin/Threonin-Protein-Kinasen ist an der Regulierung mehrerer physiologischer und pathologischer Prozesse in Gewebezellen beteiligt und koordiniert den geordneten Verlauf des Lebens durch verschiedene Signaltransduktionswege. Die Hedgehog (Hh), Hippo und Wnt/β-Catenin-Weg sind die Hauptsignalisierungswege, über die CK1 das Zellwachstum und die Proliferation, die embryonale Entwicklung, den Energiestoffwechsel, den zirkadianen Rhythmus und andere Lebensaktivitäten reguliert. Studien haben gezeigt, dass CK1-Mitglieder eine wichtige Rolle bei der Regulierung von Signalsignalen von Wnt, Hh und anderen Wegen spielen, und insbesondere haben sie eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Enzymaktivität in Signalwegen. CK1-Familienmitglieder sind in vielen Zellen hoch exprimiert. Gleichzeitig regulieren sie die verschiedenen Signalwege, um die verschiedenen Lebensaktivitäten des Körpers geordnet ablaufen zu lassen.

Abbildung 1. Proteinstruktur von CK1.

Casein-Kinase-1-Familie

Serin-Threonin-Protein-Kinasen der CK1-Familie wurden in Eukaryoten von Hefen bis zu Menschen gefunden. Säugetiere haben sieben Familienmitglieder (manchmal als Isoformen bezeichnet, aber von verschiedenen Genen kodiert): α, β1, γ1, γ2, γ3, δ und ε. Isomere, die von 22 bis 55 kDa reichen, wurden in der Membran, im Zellkern und im Zytoplasma von Eukaryoten sowie in mitotischen Spindeln von Säugetierzellen identifiziert. Diese Familienmitglieder weisen die höchste Homologie in ihrer Kinase-Domäne (53% –98% identisch) auf und unterscheiden sich von den meisten anderen Protein-Kinasen durch die Anwesenheit der Sequenz S-I-N anstelle von A-P-E in der Kinase-Domäne VIII. Dieses Familienmitglied scheint in vitro eine ähnliche Substratspezifität zu haben, und die Substratauswahl wird in vivo durch subzelluläre Lokalisation und Andockstellen in spezifischen Substraten reguliert. Eine häufige Phosphorylierungsstelle ist S/Tp-XXS/T, wobei S/Tp für Phosphoserin oder Phosphothreonin steht, X für jede Aminosäure und unterstrichene Reste die Zielstelle darstellen. Daher muss diese CKI-Konsensstelle von einer anderen Kinase aktiviert werden. CKI phosphoryliert auch eine verwandte unprimierte Stelle, die idealerweise einen sauren Aminosäurecluster am N-Terminus des Ziel-S/T enthält, einschließlich saurer Reste an n-3 und einer hydrophoben Region am C-Terminus des Ziel-S/T. Ein einzelner saurer Rest an Position n-3 reicht nicht aus, um CKI-Phosphorylierung zu erreichen. Im Gegensatz dazu benötigt CKI bei mehreren wichtigen Zielen, NF-AT und β-Catenin, keine n-3-Initiierung, sondern ist das erste Serin in der Phosphorylierungssequenz SLS, gefolgt von einem Cluster saurer Reste, wenn auch mit niedriger Effizienz an der besten Position.

Wnt / β-Catenin-Signalweg

Die Bedeutung von CK1 im Wnt/β-Catenin-Signalweg wurde erstmals Ende der 1990er Jahre berichtet. CK1e wurde isoliert und kloniert, um das Gen in Xenopus zu exprimieren. Xenopus wurde dann verwendet, um sich in sekundäre embryonale Achsen zu differenzieren. Es wurde bestätigt, dass CK1 eine positive regulatorische Rolle im Weg spielt. Später wurde entdeckt, dass CK1-Mitglieder aktiv an der Regulierung der Wnt/β-Catenin-Signalwege beteiligt sind, und gleichzeitig wurde festgestellt, dass sie möglicherweise eine negative regulatorische Rolle in den Signalwegen spielen. Die CK1-vermittelte Phosphorylierung erfolgt in mehreren Schritten der Wnt/β-Catenin-Signalgebung, und verschiedene CK1-Untereinheiten üben unterschiedliche regulatorische Effekte auf die Wnt-Signalisierung aus. In Überexpressionsexperimenten wurde festgestellt, dass CK1-Untereinheiten wie CK1a, CKd und CKe an endogene Axin-Protein-Komplexe in Säugetierzellen binden und Teil des β-Catenin "Zerstörungskomplexes" bilden. Unter ihnen ist CK1a hauptsächlich dafür verantwortlich, die Phosphorylierung und den Abbau von β-Catenin durch die Kombination von Rest 228231 und Axin im "Zerstörungskomplex" einzuleiten. In Abwesenheit von Wnt kann CK1 eine kontinuierliche Phosphorylierung der β-Catenin-Genstellen T41 und S37 durch Phosphorylierung der β-Catenin-Genstelle S45 und der GSK3-Genstelle S33 verursachen. In CK1-dysfunktionalen Säugetierzellen, Fruchtfliegen, Mäusen und CK1a-Knockout-Mäusen hat sich gezeigt, dass CK1a den Wnt-Signalweg negativ reguliert, indem es β-Catenin phosphoryliert.

Abbildung 2. Proteinstruktur von Wnt8.

Hh-Signalweg klassischer Weg

Der Hh-Signalrezeptorkomplex besteht hauptsächlich aus 12 Transmembranrezeptoren Patched (Ptc) und Hh, und das 7-transmembran Protein Smoothened (Smo) ist ein essentielles Signaltransduktionsmolekül im Hh-Signalweg. Wenn das Hh-Signal abwesend ist, kann Ptch1 die Aktivität des G-Protein-gekoppelten Rezeptors (GPCR) und des Signaltransduktionsmoleküls Smo durch einige Mechanismen hemmen. Wenn das Hh-Signal mit dem Rezeptor PtcIhog kombiniert wird, kann es die Hemmung von Ptc auf Smo verringern, die Hüllaggregation fördern und den zytoplasmatischen C-Terminus von Smo offenbaren, wodurch verschiedene Kinasen wie CK1, Proteinkinase A (PKA) und GPCR-Kinase 2 an der Phosphorylierung und Aktivierung von Smo beteiligt werden und gleichzeitig die Smo-vermittelte Aktivierung des Transkriptionsfaktors (Ci)/Gli-Zinkfingerstruktur fördern, wodurch die Expression von Hh-Zielgenen induziert wird. Die Aktivität des Smo-Transduktionsmoleküls steht in engem Zusammenhang mit seinem Phosphorylierungsgrad. Unter den bisher identifizierten Kinasen spielen CK1 und PKA, insbesondere CK1, eine wichtige Rolle bei der Phosphorylierung der C-terminalen Serinreste der Smo-Peptidkette.

Fazit

CK1 ist an der Regulierung mehrerer Aktivitäten des lebenden Körpers durch verschiedene Signalwege beteiligt und erhält zusammen mit einer Vielzahl von Signalen die geordnete Bewegung des Körpers. Jetzt wird die Forschung zu CK1 weiter vertieft. Neben den oben beschriebenen Signalwegen könnte CK1 auch mit dem Protein P469674 interagieren, um ein upstream/downstream-Proteinregulationsnetzwerk zu bilden, um den Stoffwechsel, den zirkadianen Rhythmus und das Wachstum des Körpers zu regulieren. Zu den beteiligten Proteinen werden voraussichtlich DVL, β-Catenin-Genfolge, APC, β-TrCP-Gen, PER (Pereod), CRYY (Crytochrome) usw. gehören. Zusammenfassend spielen Mitglieder der hochkonservierten CK1-Familie wichtige regulatorische Rollen in vielen Zellen, einschließlich DNA-Proliferation, -Verarbeitung und -Reparatur, Dynamik des Zytoskeletts, Vesikeltransport, Apoptose und Zell-Differenzierung. Die regulatorische Wirkung von CK1 auf verschiedene Wege und deren Mechanismus müssen weiter erforscht werden, um neue Ideen für die Behandlung verschiedener Krankheiten zu liefern.

Referenz

1. Bingham EW; et al. Casein kinase from the Golgi apparatus of lactating mammary gland. The Journal of Biological Chemistry. 1974, 249 (11): 3647–51.