SNF-verwandte 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-aktivierte Proteinkinase)-verwandten Superfamilie, die während der Angiogenese aktiviert wird.

SNF1-Proteinkinase-Superfamilie

Die pflanzlichen SnRK (sucrose non-fermenting 1-related protein kinases) sind homolog zu Hefe-SNF1 (sucrose non-fermenting 1) und der Säugetier-AMPK (AMP-aktivierte Proteinkinasen). Diese drei zusammen bilden die SNF1-Proteinkinase-Superfamilie. SNF1 in Hefe kann auf niedrige Glukosesignale reagieren, die Meiose steuern und das Phosphorylierungsniveau verwandter metabolischer Enzyme bei Nährstoffmangel regulieren. Darüber hinaus reagiert SNF1 neben Nährstoffmangel auch auf andere Umweltstressfaktoren wie Natriumstress, Hitzeschock, alkalischen pH-Wert und oxidativen Stress. Die Säugetier-AMPK kann durch AMP in einem hohen AMP/ATP-Zustand oder durch die vorgelagerte Proteinkinase AMPK (AMP-aktivierte Proteinkinase) aktiviert werden. Aktivierte AMPK ermöglicht es Säugetierzellen, auf verschiedene Stresssituationen zu reagieren. Immer mehr Studien zeigen, dass der AMPK-Komplex auf Glukosesignale reagieren kann und direkt mit dem Auftreten von Fettleibigkeit und Typ-2-Diabetes in Zusammenhang steht. Basierend auf Sequenzähnlichkeit und Konservierung der aktiven Domäne des Enzyms können pflanzliche Proteinschockfamilien in drei Unterfamilien unterteilt werden: SnRK1, SnRK2 und SnRK3, die weitgehend am Zuckerstoffwechselweg beteiligt sind und auf verschiedene osmotische Stressfaktoren wie Trockenheit und Salzstress reagieren.

SnRK1-Unterfamilie

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

SnRK2-Unterfamilie

Die SnRK2-Unterfamilie unterscheidet sich von der SnRK1-Familie. SnRK2 und SnRK3 sind pflanzenspezifische Genfamilien mit weniger Mitgliedern. Das erste Mitglied von SnRK2 war PKABA1, das aus einer ABA-behandelten Weizenembryo-cDNA-Bibliothek isoliert wurde (Cheeseman, 1988). Neben der Induktion durch ABA kann die PKABA1-Expression auch durch Dehydrationsstress induziert werden. Basierend auf der Analyse der genetischen Distanz bekannter Mitglieder von SnRK2 kann SnRK2 in zwei Gruppen unterteilt werden: SnRK2a und SnRK2b (Halford und Hardie, 1998). Die Mitglieder der beiden Gruppen unterscheiden sich im Aminosäuregehalt im C-terminalen Säurebereich, SnRK2a ist reich an Asp, und SnRK2b ist reich an Glu.

SnRK2-Aktivität und Regulation

Reversible Phosphorylierung ist ein wesentlicher Prozess für Zellen zur Regulierung des Stoffwechsels. In den Signalwegen, an denen ABA beteiligt ist, spielt die Aktivierung von Proteinkinasen eine Schlüsselrolle, insbesondere SnRK2 spielt eine wichtige Rolle bei Pflanzen als Reaktion auf osmotischen Stress und ABA-Stress. Die Expression der SnRK2-Aktivität basiert auf Autophosphorylierung. Tabak-ASK1 ist ein homologes Gen von Arabidopsis SnRK2.4. Aus BY-2-Zellen gereinigte ASK1-Kinase kann Proteinphosphatase 2A sein; und alkalische Phosphatase kann dazu führen, dass die Reis-SRK2-Mitglieder SAPK1 und SAPK2 unter Salzstress ihre Aktivität verlieren. In der abi1-1-dominanten Mutantenlinie kann die OST1-Kinaseaktivität durch ABA aktiviert werden. Die Hemmung der OST-Kinase bestätigt, dass Proteinphosphatase 2C (PP2C) ABI1 OST1 stromaufwärts des ABA-Signalwegs negativ reguliert.

SnRK3-Unterfamilie

SnRK3-Unterfamilie: Wie SnRK2 existiert die SnRK3-Genfamilie nur in Pflanzen. Im Vergleich zur SnRK1-Familie hat die SnRK3-Familie eine größere Anzahl von Mitgliedern, und ihre Mitglieder sind vielfältiger. Die meisten Forschungen zu SnRK3 konzentrieren sich auf die Rolle der Pflanzen bei der Stressresistenz. Die Expression von WPK4 bei Mitgliedern der Weizen-SnRK3-Familie wird durch Saccharose, Lichtintensität, Temperatur und Hormone beeinflusst. Arabidopsis-SnRK3-Familienmitglieder PKS3, PKS18 und CIPK3 können das Pflanzenwachstum, das Öffnen und Schließen der Stomata sowie die Samenkeimung durch ABA regulieren. Die am intensivsten untersuchte SnRK3-Familie ist Arabidopsis SOS2.

Referenz:

1. Boudsocq M; et al. Identifizierung von neun durch hyperosmotische und salzhaltige Stressfaktoren aktivierten Sucrose-nonfermenting-1-verwandten Proteinkinasen 2 in Ara－bidopsis thaliana, The Journal of Biological Chemistry, 2004, 279 (40): 41758-41766