Die MAP-Kinase-aktivierte Proteinkinase 2 (MK2) ist ein Enzym, das beim Menschen durch das MAPKAPK2-Gen 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. Hier stellen wir die erste vollständige primäre Struktur der MAPKAP-Kinase 2 vor, die aus menschlichen cDNA-Sequenzen aufgeklärt wurde. Die Sequenzanalyse zeigte, dass die MAPKAP-Kinase 2 ein Protein mit 370 Aminosäuren ist, das eine prolinreiche N-terminalregion und eine konservierte katalytische Domäne aufweist. Die Northern-Blot-Analyse der MAPKAP-Kinase 2 ergab 4,8 kb mRNA-Spezies in HL-60-Zellen. Darüber hinaus zeigen wir den ersten Beweis, 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, nukleärer Exporte, Regulierung 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 homologe Hitzeschockprotein 25 (HSP25) von Mäusen phosphorylieren; spätere Forschungen ergaben, dass MK2 hauptsächlich durch Phosphorylierung von p38MAPK aktiviert wird und eines der downstream Substrate von p38 ist. MK2 ist eine Primärsequenz, die aus 400 Aminosäuren besteht. Sie besteht aus einer prolinreichen N-terminalregion (Aminosäuren 10-40, ein Bereich mit MAPK-Eigenschaften), einer katalytischen Domäne der Proteinkinase (Aminosäuren 64-325) und einer regulatorischen Struktur. Domäne (Aminosäuren 328-364) und einer C-terminalen Domäne (Aminosäuren 366-390, die die Bindungsstelle von p38MAPK darstellt, auch bekannt als Dockingregion). Der C-Terminus hat ein zweikomponentiges nukleares Lokalisierungssignal (NLS, Aminosäuren 371-374; 385-389 Sequenz), das hauptsächlich die Position von MK2 im Zellkern im Ruhezustand aufrechterhält; stattdessen befindet sich das nukleare Export-Signal (NES, Aminosäuren 356-365) zwischen dem N-Terminus und der NLS-Domäne und löst nukleare Exportsignale bei Aktivierung von MK2 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-aufwärts gerichteten Kinase verursacht, die zur Phosphorylierung von p38MAPK führt, wie z.B. Mitogen-aktivierte Proteinkinase-Kinase 3/6 (mitogen-aktivierte Proteinkinase-Kinase 3/6, MKK3/6), phosphoryliert das aktivierte p38MAPK Thr222 auf MK2, Ser272 und Thr334 Loci. Wenn die Thr334-Stelle aktiviert wird, wird NES exponiert, und der p38MAPK-MK2-Komplex wird ins Zytoplasma transloziert, wodurch sein downstream Substrat aktiviert wird. Gleichzeitig spielt die Aktivierung der Thr222-Stelle in der Aktivierungsschleife der Kinasedomäne eine Schlüsselrolle bei der Aktivierung von MK2-abhängigen downstream Substraten, einschließlich der Aktivierung von Enzymen, der Aktivierung von Proteinen, die die Bewegung des Zytoskeletts regulieren, der Aktivierung von mRNA-bindenden Proteinen, der Zellzyklus- und Apoptoseregulationsfaktoren usw.

Anwendungen

Als downstream Ziel des p38MAPK-Signalwegs beteiligt sich MK2 an der Entstehung und Entwicklung verschiedener kardiovaskulärer Erkrankungen. Basierend auf dem umfangreichen Wirkungsweg von MK2 ist MK2 zu einem potenziellen Arzneimittelziel für die Behandlung einiger Krankheiten geworden. Der MK2-Inhibitor, der seinen downstream-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, cyclinabhängiger Kinase 2 usw. den Bindungsstellen einiger Kinasen ähnlich, was ihre Selektivität erheblich beeinträchtigt, und die Kristallstruktur von MK2 hat eine tiefe und schmale Taschenform in der ATP-Bindungsstelle. Einige kleine flache Verbindungen können gut in die ATP-Bindungstasche passen, aber ihre Struktur ist schwer zu modifizieren, um die Selektivität und Affinität der Kinase zu verbessern; zweitens führen der hohe intrazelluläre ATP-Spiegel und die hohe Affinität von MK2 zu ATP zu einer geringen biologischen Wirksamkeit von kleinen molekularen ATP-kompetitiven MK2-Inhibitoren (BE), sodass die Erhöhung der biologischen Effizienz von ATP-kompetitiven MK2-Inhibitoren eine Herausforderung bleibt. Löslichkeit, Permeabilität, geringe Selektivität und Zellviabilität sind die Schlüsselfragen, die ATP-kompetitive MK2-Inhibitoren angehen 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.