PKC

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Protein Kinase-C (auch bekannt als PKC) ist eine Familie von Protein-Kinase-Enzymen, die an der Kontrolle der Funktion anderer Proteine durch die Phosphorylierung von Hydroxylgruppen der Aminosäurereste Serin und Threonin beteiligt sind. Die PKC-Enzyme werden durch Signale wie die erhöhte Konzentration von Diacylglycerol oder Calciumionen aktiviert. Dies macht PKC-Enzyme in mehreren Signaltransduktionskaskaden wichtig. Diese PKC-Familie besteht aus fünfzehn Isoformen beim Menschen, die in drei Unterfamilien basierend auf ihren Anforderungen an sekundäre Messenger unterteilt sind. Diese sind konventionell (oder klassisch), neu und atypisch. Konventionelle PKCs enthalten die Isoformen α, βI, βII und γ. Sie benötigen DAG, Ca²⁺ und ein Phospholipid wie Phosphatidylserin zur Aktivierung. Neuartige PKCs umfassen die Isoformen δ, ε, η und θ und benötigen DAG. Sie benötigen jedoch kein Ca²⁺ zur Aktivierung. Das bedeutet, dass konventionelle und neuartige PKCs über denselben Signaltransduktionsweg wie Phospholipase C aktiviert werden. Atypische PKCs (einschließlich Protein Kinase Mζ und ι / λ-Isoformen) benötigen kein Ca²⁺ oder Diacylglycerol zur Aktivierung. Protein Kinase-C bezieht sich oft auf die gesamte Familie von Isoformen.

Abbildung 1. Struktur von Protein Kinase-C.

Struktur von Protein Kinase-C

Alle PKCs haben eine regulatorische und katalytische Domäne, die über eine Scharnierregion verbunden ist. Der katalytische Bereich ist unter den verschiedenen Isoformen und dem katalytischen Bereich anderer Serin/Threonin-Kinasen stark konserviert. Die Anforderungen an sekundäre Messenger in den Isoformen unterscheiden sich aufgrund der regulatorischen Region. Ein großer Teil der Kristallstruktur des katalytischen Bereichs von PKC muss noch bestimmt werden. Die Ausnahme hiervon sind PKC Theta und Iota. Aufgrund ihrer Ähnlichkeit zu anderen Kinasen mit dokumentierten Kristallstrukturen gab es viele Vorhersagen. Die regulatorische Domäne der PKCs enthält mehrere gemeinsame Subregionen. Die C1-Domäne hat eine Bindungsstelle für DAG und nicht-hydrolysierbare, nicht-physiologische Analoga, die als Phorbolester bekannt sind. Diese Domäne ist funktional und kann DAG sowohl in konventionellen als auch in neuartigen Isoformen binden. Die C1-Domäne in atypischen PKCs kann jedoch nicht an DAG oder Phorbolester binden. Die C2-Domäne fungiert als Ca²⁺-Sensor und kann in konventionellen und neuartigen Isoformen gefunden werden. Sie funktioniert jedoch nur als Ca²⁺-Sensor in konventionellen Isoformen. Die Pseudosubstratregion in allen drei Klassen von PKC ist eine kleine Aminosäuresequenz, die ein Substrat nachahmt und an die Substratbindungsstelle in der katalytischen Domäne bindet. Wenn DAG und Ca²⁺ beide in den richtigen Konzentrationen vorhanden sind, binden sie an die C1- bzw. C2-Domänen. Sie rekrutieren auch PKC zur Membran, was zur Freisetzung des Pseudosubstrats von der katalytischen Stelle und zur Aktivierung des Enzyms führt. PKC muss richtig gefaltet und in der korrekten Konformation vorliegen, damit diese Interaktionen stattfinden können. Der katalytische Bereich von PKC ermöglicht es, verschiedene Funktionen zu verarbeiten. Er ermöglicht auch die Phosphorylierung, die für die Lebensfähigkeit der Kinase entscheidend ist. Konventionelle und neuartige PKCs haben drei Phosphorylierungsstellen, die als Aktivierungsschleife, Drehmotif und hydrophobes Motiv bekannt sind. Die Konsenssequenz der Protein Kinase-C-Enzyme ähnelt der der Protein Kinase-A. Dies liegt daran, dass sie basische Aminosäuren in der Nähe des Ser/Thr enthält, das phosphoryliert werden soll.

Funktionen

Protein Kinase C ist ein zytoplasmatisches Enzym. In unstimulierten Zellen ist PKC hauptsächlich in einer inaktiven Konformation im Zytoplasma verteilt. Sobald ein sekundärer Messenger vorhanden ist, wird PKC zu einem membranbindenden Enzym. Es kann Enzyme im Zytoplasma aktivieren und an der Regulierung biochemischer Reaktionen teilnehmen. Es kann auch auf Transkriptionsfaktoren im Zellkern wirken und an der Regulierung der Genexpression teilnehmen.

Kontrolle des Zuckerstoffwechsels

In Leberzellen arbeiten Protein Kinase C und Protein Kinase A zusammen, um Glykogensynthase zu phosphorylieren, die Aktivität des Glukose-polymerisierenden Enzyms zu hemmen und den Glykogenstoffwechsel zu fördern.

• Kontrolle der Zell-Differenzierung

Myogenin ist ein Transkriptionsfaktor, der eine Schlüsselrolle bei der Differenzierung von Muskelzellen spielt. In Myoblasten kann Protein Kinase C Myogenin phosphorylieren, was die Fähigkeit von Myogenin hemmt, an DNA zu binden, und somit die Differenzierung der Zellen in Muskelzellen verhindert.

• Teilnahme an der Regulierung der Genexpression

Protein Kinase C kann auf mindestens zwei Arten an der Kontrolle der Genexpression teilnehmen. Eine Möglichkeit ist, dass die Protein Kinase ein Phosphorylierungskaskadensystem aktiviert, um MAP-Protein-Kinase zu phosphorylieren, und die phosphorylierte MAP-Protein-Kinase phosphoryliert das genregulierende Protein Elk-1, um es zu aktivieren. Aktiviertes Elk-1 bindet an eine kurze DNA-Sequenz (genannt Serumantwort-Element, SRE) und reguliert dann die Genexpression zusammen mit einem anderen Faktor (Serumantwortfaktor, SRF). Eine andere Möglichkeit besteht darin, Protein-Kinasen zu phosphorylieren und das inhibitorische Protein Iκ-B zu aktivieren, das das genregulierende Protein NF-κ-B freisetzt und es in den Zellkern eintreten lässt, um die Transkription spezifischer Gene zu aktivieren.

Aktivierung

Die Aktivität von PKC hängt von der Anwesenheit von Calciumionen und Phospholipiden ab, jedoch nur in Anwesenheit des Phospholipid-Stoffwechselzwischenprodukts Diacylglycerol (DAG), wird die physiologische Konzentration von Calciumionen wirksam. Dies liegt daran, dass DAG die Affinität von PKC zum Substrat erhöhen kann. Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat (PIP2) wird unter dem Einfluss von Phospholipase-C hydrolysiert, um DAG und IP3 zu produzieren. IP3 fördert die Freisetzung von intrazellulären Calciumionen und spielt eine synergistische Rolle mit DAG im Prozess der Aktivierung von PKC. Eine Vielzahl von chemischen Substanzen oder Antibiotika hat hemmende Wirkungen auf die PKC-Aktivität. Je nach den unterschiedlichen Zielorten der Inhibitoren können Inhibitoren in zwei Gruppen unterteilt werden: Eine Gruppe sind Inhibitoren, die auf den katalytischen Bereich wirken, die mit Protein-Kinasen konserviert werden können. Rückstände binden, sodass es keine offensichtliche Selektivität gegenüber PKC gibt; die andere Gruppe sind Inhibitoren, die auf die regulatorische Region wirken, sie können mit Ca²⁺, Phospholipiden und Diacylglycerol/Phorbolestern kombiniert werden, sodass sie eine höhere Selektivität aufweisen.