Der eukaryotische Elongationsfaktor-2-Kinase (eEF2K) ist eines der wenigen atypischen Mitglieder der „a-Kinase“-Familie. Sie phosphoryliert und hemmt den eukaryotischen Elongationsfaktor 2, wodurch die Elongationsphase der Proteinsynthese verlangsamt wird, die normalerweise viel Energie und Aminosäuren verbraucht. Die Aktivität von eEF2K ist in der Regel abhängig von Calcium und Calmodulin. eEF2K wird außerdem durch eine Reihe weiterer Eingangssignale reguliert, unter anderem durch hemmende Signale stromabwärts des anabolen Signalwegs, wie zum Beispiel dem mammalian target of rapamycin complex 1. Neueste Daten zeigen, dass eEF2K Krebszellen vor Nährstoffmangel schützt und auch in anderen Fällen, einschließlich Hypoxie, zytoprotektive Effekte hat. Zunehmende Hinweise deuten auf die Rolle von eEF2K in neurologischen Prozessen (wie Lernen und Gedächtnis) sowie bei Depressionen hin.

eEF2K ist eine atypische „Alpha-Kinase“

Der eukaryotische Elongationsfaktor-2-Kinase (eEF2K) gehört zu einer Gruppe atypischer Proteinkinasen, die als „a-Kinasen“ bezeichnet werden und im menschlichen Genom sechs Mitglieder umfassen. Alpha-Kinasen weisen keine Sequenzähnlichkeit zur Haupt-Proteinkinase-Superfamilie auf, zeigen jedoch eine begrenzte dreidimensionale strukturelle Ähnlichkeit. eEF2K ist die einzige Alpha-Kinase, deren Aktivität von Ca²⁺-Ionen abhängt. Das einzige bekannte Substrat für eEF2K ist der eExtender eEF2. Über die Regulation der Aktivitäten der anderen fünf Familienmitglieder oder ihrer Substrate ist wenig bekannt. Da die Phosphorylierung von eEF2 an Thr56 seine Bindung an das Ribosom schwächt, wirkt eEF2K hemmend auf eEF2 und verlangsamt so die Verlängerungsrate. Diese Aminosäure ist mit den benachbarten Sequenzen sehr konserviert, selbst bei keimenden Hefen. Allerdings sind eEF2K-Homologe an vielen Stellen nicht verfügbar. Eukaryoten wie Pilze, Pflanzen und Arthropoden. Die in Nematoden und Hefen gefundenen eEF2-Homologe können am entsprechenden Thr56 durch verschiedene Kinasen wie Rck2 phosphoryliert werden. Calmodulin (CaM) vermittelt Ca²⁺-Ionen zur Aktivierung von eEF2K. Calmodulin (CaM) bindet bis zu vier Ca²⁺-Ionen und interagiert mit Regionen nahe dem N-Terminus der katalytischen Domäne von eEF2K. Der Mechanismus, durch den Ca²⁺/CaM eEF2K aktiviert, ist unbekannt. Bei einigen anderen Ca/CaM-Kinasen erfolgt die Aktivierung durch Entfernung der selbsthemmenden Helixstruktur aus dem aktiven Zentrum. Es ist jedoch unklar, ob eEF2K dieses regulatorische Motiv enthält. Das Gesamt-Layout von eEF2K ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Entfernung eines Bereichs von etwa 80 Aminosäuren am N-Terminus des CaM-Bindungsmotivs kann die Aktivität von eEF2K steigern, was darauf hindeutet, dass dieser Bereich eine regulatorische Rolle spielen könnte. Die katalytische Domäne umfasst etwa 125–320 Aminosäuren im menschlichen eEF2K. Das C-Terminus ist die Autophosphorylierungsstelle, die für die Aktivität erforderlich ist (Thr348). In Dictyostelium discoideum Myosin heavy chain kinase A (MHCK A) stoppt der entsprechende Rest in einer anderen Alpha-Kinase (ebenfalls ein selbstphosphoryliertes Threonin) offenbar an der „phosphate-binding Bag“, um eine aktive Konformation zu erzeugen. Sequenzvergleiche deuten darauf hin, dass ein ähnlicher Mechanismus auch für eEF2K gelten könnte. eEF2K ist auch an anderen Stellen autophosphoryliert, darunter Ser445 und Ser500 laut einem Bericht.

Kontrolle der Stabilität von eEF2K

Das eEF2K-Protein wird durch proteasomabhängige Wege während der normalen Oxygenierung von Brustkrebszellen oder als Reaktion auf die Hemmung von hsp90 abgebaut, wobei die Hemmung von hsp90 als Partner für eEF2K wirkt. Nach genotoxischem Stress wird eEF2K aktiviert und anschließend erneut durch einen proteasomabhängigen Mechanismus abgebaut. Diese Autoren zeigen, dass dieser Abbau die Ubiquitin-Ligase SCF (bTrCP) (Skp1-Cul1-Fbox-Protein, ein Protein mit b-Transducer-Wiederholungen) erfordert. Einige vermuten, dass die schnelle Aktivierung von eEF2K eine vorübergehende Verlangsamung der Proteinsynthese bewirken kann. Der spätere Abbau von eEF2K ist erforderlich, damit die Zellen wieder in den Zellzyklus eintreten können. In diesem Fall erfordert der Abbau von eEF2K eine Autophosphorylierungsstelle an Ser445, die Teil eines typischen bTrCP-Bindungsmotivs oder Phosphat-Dehydroribonukleinsäure bildet. Da solche Motive normalerweise zwei Phosphatreste enthalten, ist es wahrscheinlich, dass die Phosphorylierung von Ser441 von eEF2K ebenfalls durch diesen Mechanismus abgebaut wird. In vielen Fällen wird eine vorübergehende Aktivierung von eEF2K beobachtet und anschließend abgebaut, was zu einer Abnahme der eEF2-Phosphorylierung führt. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die vorübergehend zunehmende Funktion der eEF2-Phosphorylierung zu verstehen.

Referenz

1. Kenney J W; et al. Eukaryotischer Elongationsfaktor-2-Kinase, ein ungewöhnliches Enzym mit mehreren Funktionen. Advances in Biological Regulation, 2014, 55:15-27.