Haspin ist eine nukleare und chromosomenassoziierte Serin/Threonin (S/T) Kinase, die für die mitotische Phosphorylierung von Histon H3 Thr-3 verantwortlich ist. Haspin weist erkennbare Ähnlichkeiten zu eukaryotischen Proteinkinase (ePK) Faltungen auf, aber seine Sequenzen sind stark unterschiedlich, sodass seine strukturelle Organisation sehr interessant ist. Wir berichten über die 2,15-Å Kristallstruktur des menschlichen Haspin-Kinasedomains. Die ePK-Faltung von Haspin enthält eine Reihe von Einfügungen und Löschungen. Diese Struktur veranschaulicht, wie Haspin dem klassischen Aktivierungsschema der meisten anderen Kinasen entkommt. Die αC-Helix mit einem konservierten Glutamat ist für die Katalyse unerlässlich und nimmt ihre endgültige aktive Konformation innerhalb der Blätter der Kinase an. Sie ist zwischen einer Alpha-Helix-Einfügung vor dem Kinasedomain und einem Aktivierungsfragment in einer beispiellosen Konformation eingeklemmt. Aktivierungsfragmente ohne phosphorylierte Reste sind auf der strukturell abnormalen αEF-Helix gestapelt. Deutlich aus dem gefalteten Kern herausragend, bildet sie eine breite Plattform, die mehrere Reste enthält, die mit der Substratbindung in Verbindung stehen. Insgesamt zeigt die Struktur des Haspin-Kinasedomains eine aktive Konformation, die für die Substraterkennung und Phosphorylierung in Abwesenheit externer Regulatoren verwendet werden kann.

Einführungen

Es wurde berichtet, dass Haspin (haploide keimzell-spezifische nukleare Proteinkinase) eine Serin/Threonin-Kinase ist, die eine Rolle bei der Beendigung und Differenzierung des Zellzyklus haploider Keimzellen spielen könnte. Darüber hinaus kann Haspin-mRNA in diploiden Zelllinien und Geweben nachgewiesen werden. Hier wurden Haspin-ähnliche Proteine in mehreren wichtigen Eukaryoten identifiziert, einschließlich Hefe, Pflanzen, Fruchtfliegen, Fischen und Säugetieren sowie einer erweiterten Gruppe von C. elegans. Haspin-ähnliche Proteine haben vollständige, aber divergente eukaryotische Proteinkinase-Domänensequenzen. Obwohl sie eindeutig miteinander und mit anderen eukaryotischen Proteinkinasen verwandt sind, fehlt den Haspin-verwandten Proteinen die Konservierung einer Untergruppe von Resten, die in bekannten Kinasen nahezu unverändert sind, und sie weisen einzigartige Einfügungsregionen auf. Tatsächlich hat die phylogenetische Analyse gezeigt, dass Haspin-ähnliche Proteine eine neue Familie von eukaryotischen Proteinkinasen bilden, die sich von zuvor definierten unterscheidet. Die Identifizierung verwandter Proteine in Modellorganismen bietet einige vorläufige Einblicke in ihre funktionalen Eigenschaften und wird neue experimentelle Ansätze zur Bestimmung der Funktion von Haspin-Proteinen in Säugetierzellen bieten. Es gibt mehrere atypische Kinasen im menschlichen Genom. Atypische Kinasen sind homolog zu der ePK-Familie und könnten daher eine bi-blattige ePK-Faltung annehmen, aber sie fehlen mindestens ein konserviertes katalytisches Rest und könnten daher inaktiv durch das Enzym sein, oder ihr Aktivierungsmechanismus könnte sich stark von typischen Kinasen unterscheiden. Haspin/Gsg2 (haploide zellspezifische nukleare Proteinkinase/keimzellspezifisches Gen 2) ist eine atypische Kinase mit schwachen Ähnlichkeiten zu ePK-Profilen. Haspin-Familienkinasen haben eine ähnliche Domänenstruktur. Das Kinasedomain nimmt den C-terminalen Teil des Moleküls mit niedriger Komplexität ein und könnte eine teilweise entfaltete N-terminale Region haben, die die Sequenzidentität in der Familie verringert. Haspin ist ein nukleares Protein, das chromosomenassoziiert ist und bevorzugt Histon H3 (P-Thr-3H3) Threonin 3 innerhalb der Mitochondrien phosphoryliert. Kürzlich wurde diese Modifikation mit der Aktivierung der Aurora B-Kinase, einem Schlüsselregulator der mitotischen Prozesse, in Verbindung gebracht, aber frühere Studien konnten keine überzeugende Beziehung zwischen Haspin und der Aurora B-Aktivität herstellen. In Übereinstimmung mit der mitotischen Wirkung von Haspin wird ein RNAi-Knockout Zellaggregation, Chromosomenkohäsions- und Ausrichtungsprobleme sowie Metastasierung verursachen.

Schlussfolgerungen

Die Struktur des atypischen Kinasedomains von Haspin offenbart einen beispiellosen Aktivierungsmechanismus. Selbst in Abwesenheit von aktivierter Ringphosphorylierung verleiht eine breite Palette von hydrophoben Wechselwirkungen der αC-Helix und der aktivierenden Einheit eine katalytisch kompatible Konformation, was darauf hindeutet, dass Haspin eine konstitutiv aktive Kinase ist. Nach der Entfernung von mindestens vier signifikanten Autophosphorylierungsstellen ist Haspin aktiv und daher unwahrscheinlich, dass es durch Phosphorylierung reguliert wird. Die aminoterminale Region von Haspin (1-450) ist eine Sequenz mit niedriger Komplexität und wird wahrscheinlich nicht in eine stabile globuläre Domäne falten. Bestimmte Sequenzen im N-terminalen Bereich von Haspin könnten den Zugang zum Substrat des Kinasedomains auf eine Weise regulieren, die der kürzlich für die Spindelcheckpoint-Kinase Bub1, einer weiteren atypischen Kinase, beschriebenen ähnelt.

Referenz:

1. Villa, F; et al. Crystal structure of the catalytic domain of Haspin, an atypical kinase implicated in chromatin organization. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2009, 106(48):20204-20209.