Die SNF‑related Serin/Threonin‑Proteinkinase ist ein Enzym, das beim Menschen durch das SNRK‑Gen kodiert wird. SNRK (sucrose non‑fermentation 1‑related kinase) ist ein neues Mitglied der AMPK‑(Adenosinmonophosphat‑aktivierten Proteinkinase‑)verwandten Superfamilie und wird während der Angiogenese aktiviert.

SNF1‑Proteinkinase‑Superfamilie

Die pflanzlichen SnRKs (sucrose non‑fermenting 1‑related protein kinases) sind homolog zu der Hefe‑SNF1 (sucrose non‑fermenting 1) und der Säuger‑AMPK (AMP‑aktivierte Proteinkinasen). Zusammen bilden diese drei die SNF1‑Proteinkinase‑Superfamilie. SNF1 in Hefe kann auf Signale niedriger Glukosekonzentrationen reagieren, die Meiose steuern und bei Nährstoffmangel den Phosphorylierungsgrad verwandter metabolischer Enzyme regulieren. Darüber hinaus reagiert SNF1 neben Nährstoffdefiziten auch auf weitere Umweltstressoren wie Natriumstress, Hitzeschock, alkalischen pH‑Wert und oxidativen Stress. Die Säuger‑AMPK kann durch AMP bei einem hohen AMP/ATP‑Verhältnis oder durch die vorgeschaltete Proteinkinase AMPK (AMP‑aktivierte Proteinkinase) aktiviert werden. Aktivierte AMPK ermöglicht es Säugerzellen, auf unterschiedliche Stressoren zu reagieren. Zunehmend zeigen Studien, dass der AMPK‑Komplex auf Glukosesignale anspricht und direkt mit der Entstehung von Adipositas und Typ‑2‑Diabetes assoziiert ist. Auf Basis von Sequenzähnlichkeit und Konservierung der aktiven Domäne des Enzyms lassen sich pflanzliche SnRK‑Familien in drei Unterfamilien einteilen: SnRK1, SnRK2 und SnRK3, die breit an Signalwegen des Zuckerstoffwechsels beteiligt sind und auf verschiedene osmotische Stressoren wie Trockenheit und Salzstress reagieren.

SnRK1‑Unterfamilie

Die SnRK1‑Unterfamilie weist eine direkte strukturelle und funktionelle Homologie zur Hefe‑SNF1 und zur Säuger‑AMPK auf. Entsprechend der Ähnlichkeit der Aminosäuresequenzen wird SnRK1 in zwei Gruppen unterteilt: SnRK1a und SnRK1b. SnRK1a wird in allen Pflanzen exprimiert, während SnRK1b nur in Monokotyledonen vorkommt und die höchste Expression in Samen zeigt. Die früheste klonierte SnRK1‑cDNA‑Sequenz (cRKIN1) stammt aus einer Roggen‑Endosperm‑cDNA‑Bibliothek. Die Aminosäuresequenz ist zu 48 % SNF1‑ähnlich und kodiert ein Protein mit 57,7 kDa.

SnRK2‑Unterfamilie

Die SnRK2‑Unterfamilie unterscheidet sich von der SnRK1‑Familie. SnRK2 und SnRK3 sind pflanzenspezifische Genfamilien mit weniger Mitgliedern. Das erste SnRK2‑Mitglied war PKABA1, isoliert aus einer cDNA‑Bibliothek eines mit ABA behandelten Weizenembryos (Cheeseman, 1988). Neben der Induktion durch ABA kann die PKABA1‑Expression auch durch Dehydrierungsstress induziert werden. Basierend auf der Analyse der genetischen Distanz bekannter SnRK2‑Mitglieder kann SnRK2 in zwei Gruppen, SnRK2a und SnRK2b, unterteilt werden (Halford und Hardie, 1998). Die Mitglieder beider Gruppen unterscheiden sich im Aminosäuregehalt des C‑terminalen sauren Abschnitts („acid patch“): SnRK2a ist Asp‑reich, SnRK2b ist Glu‑reich.

SnRK2‑Aktivität und ‑Regulation

Reversible Phosphorylierung ist ein essenzieller Prozess zur metabolischen Regulation in Zellen. In den an ABA beteiligten Signalwegen spielt die Aktivierung von Proteinkinasen eine Schlüsselrolle; insbesondere SnRK2 ist in Pflanzen für die Reaktion auf osmotischen Stress und ABA‑Stress von großer Bedeutung. Die Ausprägung der SnRK2‑Aktivität beruht auf Autophosphorylierung. Das Tabakprotein ASK1 ist ein homologes Gen zu Arabidopsis SnRK2.4. Aus BY‑2‑Zellen gereinigte ASK1‑Kinase kann durch Proteinphosphatase 2A dephosphoryliert werden; zudem kann alkalische Phosphatase dazu führen, dass Mitglieder der Reis‑SRK2‑Familie, SAPK1 und SAPK2, unter Salzstress ihre Aktivität verlieren. In der dominanten Mutantenlinie abi1‑1 kann die OST1‑Kinaseaktivität durch ABA aktiviert werden. Die Hemmung der OST‑Kinase bestätigt, dass die Proteinphosphatase 2C (PP2C) ABI1 OST1 stromaufwärts im ABA‑Signalweg negativ reguliert.

SnRK3‑Unterfamilie

Wie SnRK2 ist auch die SnRK3‑Genfamilie ausschließlich in Pflanzen vorhanden. Im Vergleich zur SnRK1‑Familie weist die SnRK3‑Familie eine größere Anzahl an Mitgliedern auf, die zudem eine höhere Diversität zeigen. Die meisten Untersuchungen zu SnRK3 konzentrieren sich auf die Rolle bei der Stressresistenz von Pflanzen. Die Expression von WPK4, einem Mitglied der Weizen‑SnRK3‑Familie, wird durch Saccharose, Lichtintensität, Temperatur und Hormone beeinflusst. Mitglieder der Arabidopsis‑SnRK3‑Familie PKS3, PKS18 und CIPK3 können über ABA das Pflanzenwachstum, das Öffnen und Schließen der Stomata sowie die Samenkeimung regulieren. Am umfassendsten untersucht innerhalb der SnRK3‑Familie ist Arabidopsis SOS2.

Referenz:

1. Boudsocq M; et al. Identification of nine sucrose nonfermenting 1-related protein kinases 2 activated by hyperosmotic and saline stresses in Ara－bidopsis thaliana, The Journal of Biological Chemistry, 2004, 279 (40): 41758-41766