JAK

Kinazy JAK

Kinazy JAK (Janus Kinase) należą do rodziny eukariotycznych niereceptorowych tyrozynowych kinaz białkowych. Ludzkie kinazy JAK1 oraz JAK2 zostały odkryte przez Wilksa w 1989 roku (Wilks 1898), który zidentyfikował ich sekwencje kodujące w oparciu o tzw. zagnieżdżony PCR. Te nowe wtedy kinazy zostały nazwane Just Another Kinase. Do rodziny kinaz JAK należą ponadto JAK3 oraz TYK2 (Tyrosine Kinase 2).

Kinazy JAK są białkami wielodomenowymi o ciężarze cząsteczkowym wynoszącym około 120-140 kDa. Ich budowę ilustruje Schemat 1. Sekwencja białek JAK została podzielona na siedem regionów homologii JH1-7 (JAK Homology) z początkiem na C-końcu (Wilks 1991).

Schemat 1: Struktura domenowa kinaz JAK, PTK - Protein Tyrosine Kinase, KLD - Kinase-like Domain (żródło: A.F.Wilks Seminars in Cell & Developmental Biology 19(2008): 319-328)

Domena katalityczna (JH1, o ciężarze cząsteczkowym około 40 kDa) znajduje się na C-końcu białka i jest funkcjonalną kinazą tyrozynową. Z domeną JH1 sąsiaduje tzw. domena pseudokinazowa JH2. To właśnie te dwie sąsiadujęce ze sobą domeny zainspirowały nazwę kinaz JAK - kinazy Janusa. W mitologii starożytnego Rzymu Janus był bożkiem o dwóch twarzach strzegącym początków i przejść, wrót i drzwi. Funkcja domeny JH2 (KLD - Kinase-like Domain) polega na negatywnej regulacji aktywności katalitycznej domeny kinazowej JH1. Pomimo homologii do domeny kinazowej, jest ona pozbawiona kluczowych aminokwasów katalitycznych, a tym samym aktywności kinazowej. Na przykład motyw DFG został zastąpiony przez DPG (Wilks 2008). Usunięcie domeny JH2 prowadzi do konstytutywnej aktywacji kinaz JAK (Saharinen and Sivennoinen 2002, Saharinen et al 2003).

W części N-końcowej białek JAK zostały zidentyfikowane dwie dodatkowe domeny (oprócz JH1 i JH2): FERM oraz SH2. Rola tych domen polega przede wszystkim na asocjacji całego białka do cytoplazmatycznej cześci receptorów cytokin, czynników wzrostu oraz hormonów. Domena SH2 (Src Homology) występuje u wielu cytoplazmatycznych kinaz tyrozynowych. Obejmuje region JH3 oraz częściowo JH4. Uczestniczy w oddziaływaniu z fosfotyrozynami białek sygnałowych. Domena FERM (Four ponit one, Ezrin, Radixin, Moesin Homology) znajduje się na N-końcu białek JAK (regiony JH4 do JH7). Zbudowana jest z trzech subdomen: F1 homologicznej do ubikwityny, F2 - do białek wiążących acylo-CoA, a także F3 - do plekstryny. Jej główna rola to asocjacja z receptorami.

Tabela 1: Konserwowane tyrozyny kinaz JAK ulegające autofosforylacji

kinaza JAK	para tyrozyn
JAK1	Tyr1038/Tyr1039
JAK2	Tyr1007/Tyr1008
JAK3	Tyr980/Tyr981
TYK2	Tyr1054/Tyr1055

Ważną częścią struktury kinaz JAK jest pętla aktywacyjna, w której zlokalizowane są charakterystyczne dla kinaz JAK ewolucyjnie konserwowane pary tyrozyn (przedstawione w Tabeli 1). Mechanizm aktywacji kinaz JAK opiera się na autofosforylacji tych reszt tyrozyny. Dołączenie reszt fosforanów powoduje otwarcie pętli aktywacyjnej i przesunięcie motywu DFG do konformacji aktywnej DFG-in, zdolnego do wiązania kationów magnezu. Autofosforylacja umożliwia również wiązanie wielu białek regulatorowych, np.: SOCS, PTP. Charakterystyczna dla kinaz JAK jest również tzw. pętla insercyjna zaangażowana w regulację ich aktywności fosforylacyjnej (Lucet 2006).

Ścieżka JAK/STAT

---

Kinazy JAK są częścią sieci sygnalnej JAK/STAT (Signal Transducer and Activator of Transcription), która przewodzi sygnały zewnątrzkomórkowe pochodzące od cytokin, interferonów oraz czynników wzrostu. Wiązanie liganda do receptora transmembranowego prowadzi do jego dimeryzacji i aktywacji, a w konsekwencji do autofosforylacji i atywacji kinaz JAK (Rawlings et al. 2004). Białka STAT kotwiczą do ufosforylowanego receptora za pośrednictwem domen SH2 (Yamaoka et al. 2004). Fosforylacja białek STAT przez kinazy JAK umożliwia ich dimeryzację oraz translokację do jądra komórkowego. Heterodimery białek STAT pojawiające się najczęściej to: STAT1:STAT2, STAT1:STAT3 oraz STAT5A:STAT5B. Proces translokacji czynników transkrypcyjnych STAT do jądra komórkowego jest zależny od importyny a-5, a także od jądrowego importu zależnego od GTP-azy Ran (Rawlings et al. 2004).

Schemat 2: Elementy negatywnej regulacji ścieżek JAK/STAT (Ub - ubiquitin, DUB - deubiquitinase)

Najważniejsze białka efektorowe o roli regulatorowej ścieżek JAK/STAT, zilustrowane na Schemacie 2, to (Greenhalgh & Hilton 2001, Rawlings 2004):

• PIAS (Protein Inhibitor of Activated STAT), wiążą dimery białek STAT przeciwdziałając ich wiązaniu do odpowiednich regionów promotorowych DNA (Rawlings 2004);
• PTP (Protein Tyrosine Phosphatase) takie, jak: SHP-1, SHP-2 (SH2 Containing Phosphatase) mogą defosforylować kinazy JAK oraz receptory (Valentino and Pierre 2006, Schindler and Plumlee2008);
• SH2/Lnk/APS (Src Homology 2 / Linker of T-cell Receptor Pathways / Prostate Specific Antigen (kallikrein-related peptidase)), zawierają domenę homologiczną do plekstryny, jak również domenę SH2 i moga być substratami kinaz JAK (Rawlings 2004);
• SOCS (Suppressor of Cytokine Signaling), regulują ścieżkę JAK/STAT na zasadzie sprzężenia zwrotnego: białka STAT indukują ekspresję genów socs, których produkty wiążą sie z fosforylowanymi kinazami JAK oraz ich receptorami, przeciwdziałając transdukcji sygnału (Valentino and Pierre 2006)
• STAM (Signal Transducing Adapter Molecule), ułatwiają aktywację transkrypcyjną niektórych genów, np. myc (Lohi & Lehto 2001)
• STIP (STAT-interacting Protein, WD40 protein), służą jako białka adaptorowe - zdolne do asocjacji zarówno z kinazami JAK, jak i nieufosforylowanymi białkami STAT (O'Shea et al. 2002).