MAP-Kinase-aktivierte Proteinkinase 2 (MK2) ist ein Enzym, das beim Menschen durch das MAPKAPK2-Gen kodiert wird. MAP-Kinase-aktivierte Protein (MAPKAP)-Kinase 2 ist eine von zwei bekannten Proteinkinasen, die durch MAP-Kinase phosphoryliert und aktiviert werden können. Hier stellen wir die erste vollständige Primärstruktur der MAPKAP-Kinase 2 vor, die aus menschlichen cDNA-Sequenzen aufgeklärt wurde. Die Sequenzanalyse zeigte, dass MAPKAP-Kinase 2 ein 370 Aminosäuren langes Protein mit einer prolinreichen N-terminalen Region und einer konservierten katalytischen Domäne ist. Northern-Blot-Analyse der MAPKAP-Kinase 2 zeigte 4,8 kb mRNA-Spezies in HL-60-Zellen. Darüber hinaus zeigen wir den ersten Nachweis, 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 der p38 MAP-Kinase reguliert. Es ist bekannt, dass diese Kinase in Kombination mit der p38 MAP-Kinase an vielen zellulären Prozessen beteiligt sein kann, einschließlich Stress- und Entzündungsreaktionen, nuklearem Export, Regulation der Genexpression und Zellproliferation. Es wurde gezeigt, dass das Hitzeschockprotein HSP27 eines der Substrate für diese Kinase in vivo ist. Zwei Transkriptvarianten des Gens wurden gefunden, die zwei verschiedene Subtypen kodieren.

Struktur und Funktion von MK2

MK2 gehört zur Familie der Serin-Threonin-Proteinkinasen. Es wurde ursprünglich als extrazelluläre regulatorische Proteinkinase entdeckt und kann das Hitzeschockprotein 27 und das Maus-homologe Hitzeschockprotein 25 (HSP25) phosphorylieren; spätere Forschungen zeigten, dass MK2 hauptsächlich durch Phosphorylierung von p38MAPK aktiviert wird und eines der nachgeschalteten Substrate von p38 ist. MK2 ist eine Primärsequenz, die aus 400 Aminosäuren besteht. Sie besteht aus einer prolinreichen N-terminalen Region (Aminosäuren 10-40, eine Region mit MAPK-Charakteristika), einer Proteinkinase-Katalysedomäne (Aminosäuren 64-325) und einer regulatorischen Strukturdomäne (Aminosäuren 328-364) sowie einer C-terminalen Domäne (Aminosäuren 366-390, die die Bindungsstelle von p38MAPK darstellt, auch als Docking-Region bezeichnet). Das C-Terminus besitzt ein zweiteiliges nukleäres Lokalisierungssignal (NLS, Aminosäuren 371-374; 385-389-Sequenz), das hauptsächlich die Position von MK2 im Zellkern im Ruhezustand aufrechterhält; dagegen befindet sich das nukleäre Exportsignal (NES, Aminosäuren 356-365) zwischen dem N-Terminus und der NLS-Domäne und löst bei Aktivierung von MK2 nukleäre Exportsequenzen aus. In ruhenden Zellen bilden p38MAPK und MK2 einen Komplex im Zellkern, und das aktivierte NLS fixiert ihn im Zellkern. Wenn Zellstress die Aktivierung der p38-Upstream-Kinase verursacht und so die Phosphorylierung von p38MAPK auslöst, wie z. B. Mitogen-aktivierte Proteinkinase-Kinase 3/6 (Mitogen-activated protein kinase kinase 3/6, MKK3/6), phosphoryliert das aktivierte p38MAPK Thr222 an MK2, Ser272 und Thr334-Loci. Wenn die Thr334-Stelle aktiviert ist, wird NES exponiert und der p38MAPK-MK2-Komplex wird ins Zytoplasma transloziert, wodurch sein nachgeschaltetes Substrat aktiviert wird. Gleichzeitig spielt die Aktivierung der Thr222-Stelle in der Aktivierungsschleife der Kinasedomäne eine Schlüsselrolle bei der MK2-abhängigen Aktivierung nachgeschalteter Substrate, einschließlich der Aktivierung von Enzymen, der Aktivierung von Proteinen, die die Zytoskelettbewegung regulieren, der Aktivierung von mRNA-bindenden Proteinen, Zellzyklus- und Apoptoseregulationsfaktoren usw.

Anwendungen

Als nachgeschaltetes Ziel des p38MAPK-Signalwegs ist MK2 an der Entstehung und Entwicklung verschiedener Herz-Kreislauf-Erkrankungen beteiligt. Aufgrund des umfangreichen Wirkungswegs von MK2 ist MK2 zu einem potenziellen Arzneimittelziel für die Behandlung einiger Krankheiten geworden. Der MK2-Inhibitor, der seinen nachgeschalteten Weg durch Bindung an die ATP-Bindungsstelle kompetitiv blockiert, hat hauptsächlich die folgenden Probleme: Erstens sind die ATP-Bindungsstellen von MK2 und MK3, MK5, Proteinkinase A, Cyclin-abhängige Kinase 2 usw. den Bindungsstellen einiger Kinasen ähnlich, was ihre Selektivität stark beeinflusst, und die Kristallstruktur von MK2 weist eine tiefe und schmale Taschenform an der ATP-Bindungsstelle auf. Einige kleine flache Verbindungen können gut in die ATP-Bindungstasche passen, aber ihre Struktur ist schwer zu modifizieren, um die Kinase-Selektivität und -Affinität zu verbessern; zweitens führen der hohe intrazelluläre ATP-Spiegel und die hohe Affinität von MK2 zu ATP zu einer niedrigen biologischen Wirksamkeit (BE) von kleinen, ATP-kompetitiven MK2-Inhibitoren, daher bleibt die Erhöhung der biologischen Effizienz von ATP-kompetitiven MK2-Inhibitoren eine Herausforderung. Löslichkeit, Permeabilität, geringe Selektivität und Zellviabilität sind die Schlüsselfragen, die ATP-kompetitive MK2-Inhibitoren adressieren müssen.

Referenzen:

1. Zu YL; et al. Die Primärstruktur einer humanen MAP-Kinase-aktivierten Proteinkinase 2. Biochem Biophys Res Commun. 1994, 200 (2): 1118–24.