Die MAP-Kinase-aktivierte Proteinkinase 2 (MK2) ist ein Enzym, das beim Menschen durch das Gen MAPKAPK2 kodiert wird. Die MAP-Kinase-aktivierte Proteinkinase (MAPKAP)-Kinase 2 ist eine von zwei bekannten Proteinkinasen, die durch MAP-Kinase phosphoryliert und aktiviert werden können. Im Folgenden stellen wir die erste vollständige Primärstruktur der MAPKAP-Kinase 2 vor, die aus humanen cDNA-Sequenzen aufgeklärt wurde. Die Sequenzanalyse zeigte, dass es sich bei der MAPKAP-Kinase 2 um ein Protein mit 370 Aminosäuren handelt, das eine prolinreiche N-terminale Region und eine konservierte katalytische Domäne aufweist. Die Northern-Blot-Analyse der MAPKAP-Kinase 2 ergab in HL-60-Zellen mRNA-Spezies von 4,8 kb. Darüber hinaus zeigen wir erstmals, dass rekombinante MAPKAP-Kinase 2 in vitro durch MAP-Kinase phosphoryliert und aktiviert wird.

Abbildung 1. Proteinstruktur von MK2.

Funktionen

Dieses Gen kodiert ein Mitglied der Ser/Thr-Proteinkinase-Familie. Diese Kinase wird durch direkte Phosphorylierung durch p38-MAP-Kinase reguliert. Es ist bekannt, dass diese Kinase in Kombination mit p38-MAP-Kinase an zahlreichen zellulären Prozessen beteiligt sein kann, einschließlich Stress- und Entzündungsantworten, nukleärem Export, Regulation der Genexpression und Zellproliferation. Das Hitzeschockprotein HSP27 wurde als eines der Substrate dieser Kinase in vivo identifiziert. Es wurden zwei Transkriptvarianten des Gens beschrieben, die zwei unterschiedliche Subtypen kodieren.

Struktur und Funktion von MK2

MK2 gehört zur Familie der Serin/Threonin-Proteinkinasen. Ursprünglich wurde es als extrazelluläre regulatorische Proteinkinase entdeckt und kann das Hitzeschockprotein 27 sowie das murine homologe Hitzeschockprotein 25 (HSP25) phosphorylieren; spätere Untersuchungen zeigten, dass MK2 überwiegend durch Phosphorylierung durch p38MAPK aktiviert wird und eines der nachgeschalteten Substrate von p38 darstellt. MK2 weist eine Primärsequenz von 400 Aminosäuren auf. Es besteht aus einer prolinreichen N-terminalen Region (Aminosäuren 10–40; eine Region mit MAPK-Charakteristika), einer katalytischen Proteinkinase-Domäne (Aminosäuren 64–325) sowie einer regulatorischen Domäne (Aminosäuren 328–364) und einer C-terminalen Domäne (Aminosäuren 366–390; entspricht der Bindungsstelle von p38MAPK, auch als Docking-Region bezeichnet). Der C-Terminus enthält ein zweiteiliges nukleäres Lokalisationssignal (NLS; Aminosäuren 371–374 bzw. Sequenz 385–389), das im Ruhezustand hauptsächlich die Lokalisation von MK2 im Zellkern aufrechterhält; das nukleäre Exportsignal (NES; Aminosäuren 356–365) liegt hingegen zwischen dem N-Terminus und der NLS-Domäne und triggert nach Aktivierung von MK2 den nukleären Export. In ruhenden Zellen bilden p38MAPK und MK2 im Zellkern einen Komplex, der durch das aktivierte NLS im Zellkern fixiert wird. Führt zellulärer Stress zur Aktivierung upstream gelegener p38-Kinasen und damit zur Phosphorylierung von p38MAPK, beispielsweise durch Mitogen-aktivierte Proteinkinase-Kinase 3/6 (MKK3/6), phosphoryliert aktiviertes p38MAPK MK2 an Thr222, Ser272 und Thr334. Nach Aktivierung der Thr334-Stelle wird das NES exponiert, und der p38MAPK‑MK2‑Komplex wird ins Zytoplasma transloziert, wo nachgeschaltete Substrate aktiviert werden. Gleichzeitig spielt die Aktivierung der Thr222-Stelle in der Aktivierungsschleife der Kinase-Domäne eine Schlüsselrolle für die MK2-abhängige Aktivierung nachgeschalteter Substrate, einschließlich der Aktivierung von Enzymen, der Aktivierung von Proteinen, die die Zytoskelettbewegung regulieren, der Aktivierung von mRNA-bindenden Proteinen sowie von Faktoren der Zellzyklus- und Apoptoseregulation usw.

Anwendungen

Als nachgeschaltetes Target des p38MAPK-Signalwegs ist MK2 an Entstehung und Progression verschiedener kardiovaskulärer Erkrankungen beteiligt. Aufgrund des breiten Wirkpfads von MK2 ist MK2 zu einem potenziellen Arzneimittel-Target für die Behandlung bestimmter Erkrankungen geworden. MK2-Inhibitoren, die durch Bindung an die ATP-Bindungsstelle kompetitiv den nachgeschalteten Signalweg blockieren, weisen im Wesentlichen folgende Problembereiche auf: Erstens sind die ATP-Bindungsstellen von MK2 und MK3, MK5, Proteinkinase A, Cyclin-abhängiger Kinase 2 usw. bei einigen Kinasen ähnlich, was die Selektivität erheblich beeinträchtigt; zudem zeigt die Kristallstruktur von MK2 an der ATP-Bindungsstelle eine tiefe und schmale Taschengeometrie. Einige kleine, flache Verbindungen können zwar gut in diese ATP-Bindungstasche aufgenommen werden, ihre Struktur lässt sich jedoch nur schwer so modifizieren, dass Kinase-Selektivität und Affinität verbessert werden. Zweitens führen der hohe intrazelluläre ATP-Spiegel und die hohe Affinität von MK2 zu ATP zu einer geringen biologischen Wirksamkeit (BE) kleiner, ATP-kompetitiver MK2-Inhibitoren; die Steigerung der biologischen Effizienz ATP-kompetitiver MK2-Inhibitoren bleibt daher eine Herausforderung. Löslichkeit, Permeabilität, unzureichende Selektivität und Zellverträglichkeit sind die zentralen Aspekte, die ATP-kompetitive MK2-Inhibitoren adressieren müssen.

Referenzen:

1. Zu YL; et al. The primary structure of a human MAP kinase activated protein kinase 2. Biochem Biophys Res Commun. 1994, 200 (2): 1118–24.