NDPK

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Einführungen

Das Gen der Nukleosid-Diphosphat-Kinasen (NDPK) ist in der Evolution hochgradig konserviert und weist komplexe und vielfältige biologische Funktionen auf. Neben der Katalyse des Transfers von hochenergetischen Phosphatgruppen zwischen Adenosintriphosphat (NTP) und Nukleosid-Diphosphat (NDP) besitzt NDPK auch NDPK- und Protein-Phosphotransferase-Aktivitäten und ist an der transkriptionalen Regulation und Signaltransduktion beteiligt. Die cDNA-Sequenz der Seidenraupen-Nukleosid-Diphosphat-Kinase wurde aus der cDNA-Bibliothek von Seidenraupenpuppen gewonnen. Die cDNA-Sequenz war 575 bp lang und enthielt eine 465 bp lange offene Leserahmen-Sequenz, die eine Nukleosid-Diphosphat-Kinase mit 154 Aminosäureresten kodiert. Der rekombinante Plasmid wurde konstruiert, indem das klonierte Gen der Seidenraupen-Nukleosid-Diphosphat-Kinase in pET-28a eingefügt wurde, und das rekombinante Protein wurde nach der Transformation in Escherichia coli exprimiert und durch Nickel-Ionen-Affinitätschromatographie gereinigt, um die rekombinante Seidenraupen-Nukleosid-Diphosphat-Kinase zu erhalten.

Funktionen

Nukleosid-Diphosphat-Kinasen (NDPK) sind Nukleotid-metabolisierende Enzyme, die durch das NME-Gen (auch bekannt als NM23) kodiert werden. NDPK ist das ubiquitär vorkommende Enzym, das den Transfer von Phosphat von Nukleosidtriphosphat (NTP) zu Nukleosid-Diphosphat (NDP), insbesondere GDP, durch einen Ping-Pong-Mechanismus katalysiert, der die Bildung eines Phosphat-Histidin-Intermediats umfasst. In dieser Reaktion ist der primäre Phosphatdonor ATP, das hauptsächlich durch mitochondriale oxidative Phosphorylierung bereitgestellt wird, da seine intrazelluläre Konzentration viel höher ist als die von anderen Nukleosidtriphosphaten. Bei Säugetieren wurden 10 Gene identifiziert, die zur NME/NDPK-Familie gehören. Sie kodieren Proteine mit einem oder zwei NDPK-strukturellen Domänen oder einer verkürzten NDPK-strukturellen Domäne, die letztendlich mit anderen strukturellen Domänen von weitgehend unbekannter Funktion assoziiert ist.

NDPK in der Metastase

Metastase ist die häufigste Todesursache bei Krebspatienten. Der erste Schritt in der Metastase ist die Transformation vom Carcinoma in situ zu invasivem Carcinom, da die Basalmembran gestört wird und Tumorzellen infiltrativ durch den mesenchymalen Faser-Typ I Kollagen migrieren. Die Tumorzellen gelangen dann in die Zirkulation und verlassen sie, um sekundäre Organe zu kolonisieren und Metastasen zu bilden. Obwohl die Matrix-Metalloproteinase vom Typ 1 (MT1-MMP) an diesem Prozess beteiligt ist, bleibt der Mechanismus der Transformation von in situ zu invasivem Carcinom weitgehend unbekannt. Die Identifizierung von NME1 als dem ersten Metastase-Suppressor-Gen hat das Feld dieser neuen Klasse von Regulatoren der Metastasenausbreitung eröffnet. Im Gegensatz zu Tumorsuppressorgenen hemmen Metastase-Suppressoren die in vivo Metastase, ohne das primäre Tumorwachstum global zu hemmen.

NDPK als Protein-Histidin-Kinase

Neben seiner anerkannten Rolle als NDP-Kinase gibt es neue Beweise dafür, dass NME/NDPK-Proteine als Proteohistidin-Kinasen bei Säugetieren wirken. Für NME2/NDPK-B wurden mindestens zwei Substrate identifiziert und detaillierter untersucht: die β-Untereinheit des heterotrimeren G-Proteins und den Kaliumkanal KCa3.1. Im ersten Fall bildet NME2 einen Komplex mit β/γ, um ein Dimer des heterotrimeren G-Proteins zu bilden, in dem ein Phosphat-Relay von His118 von NME2 zu His266 der G-β-Untereinheit erfolgt. Dies führt schließlich zur Bildung von GTP aus GDP, was zur nicht-abhängigen Aktivierung des Rezeptors für G-Proteine führt. Ein zweites gut dokumentiertes Beispiel ist die NME2-vermittelte Aktivierung des K⁺-Kanals KCa3.1, die die Zytokinproduktion durch CD⁴⁺-Zellen induziert.

Schlussfolgerungen

Im Laufe der letzten drei Jahrzehnte hat die umfassende Analyse der NDPK-Familie begonnen, ihre facettenreiche Rolle in der Zytopathophysiologie und den zugrunde liegenden molekularen Mechanismen offenzulegen. Ausgehend von einfachen Kinase-Aktivitäten sieht sich das Feld nun der Komplexität von 10 verschiedenen Isoformen gegenüber, die alle spezifische Eigenschaften und oft alternative, zusätzliche Aktivitäten aufweisen. Die Rolle dieser verschiedenen Isoformen erfordert zweifellos ein spezifisches Ziel und einen intrazellulären Standort. Die meisten Studien haben sich mit den spezifischen Rollen der beiden am häufigsten exprimierten Isoformen, NME1 und NME2, beschäftigt, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der anti-metastatischen Funktion von NME1 liegt.