مسار إشارات Akt/PKB

مسار إشارات اكت أو مسار إشارات PI3K-Akt هو مسار نقل إشارات يعزز البقاء والنمو استجابةً للإشارات خارج الخلوية. البروتينات الرئيسية المشاركة هي PI3K (فوسفوينوسيتيد 3 كيناز) وAkt (بروتين كيناز بي).

التحفيز الأولي بواسطة أحد عوامل النمو يسبب تنشيط مستقبل على سطح الخلية وفسفرة PI3K. يقوم PI3K المنشط بعد ذلك بفسفرة الدهون على غشاء البلازما، مكونًا الرسول الثاني فوسفاتيديلينوسيتول-ثلاثي الفوسفات (PIP3). يُجند اكت، وهو كيناز سيرين/ثريونين، إلى الغشاء عن طريق التفاعل مع مواقع الالتحام الفسفواينوسيتيدية هذه، بحيث يمكن تنشيطه بالكامل. يتوسط اكت المنشط الاستجابات اللاحقة، بما في ذلك بقاء الخلية، والنمو، والتكاثر، وهجرة الخلايا، وتكوين الأوعية الدموية، عن طريق فسفرة مجموعة من البروتينات داخل الخلايا. المسار موجود في جميع خلايا حقيقيات النوى العليا ومحفوظ للغاية.[1][2]

يُنظم المسار بشكل كبير بواسطة آليات متعددة، غالبًا ما تتضمن تداخلًا مع مسارات إشارات أخرى. يمكن أن تؤدي مشاكل تنظيم مسار PI3K-Akt إلى زيادة في نشاط الإشارات. وقد ارتبط ذلك بمجموعة من الأمراض مثل السرطان والسكري من النوع 2. الخصم الرئيسي لنشاط PI3K هو PTEN (هومولوج الفوسفاتاز والتنسين)، وهو مثبط للأورام غالبًا ما يتحور أو يُفقد في الخلايا السرطانية. يقوم اكت بفسفرة ما يصل إلى 100 مادة مختلفة، مما يؤدي إلى مجموعة واسعة من التأثيرات على الخلايا.[3]

الآلية

تفعيل PI3K

هناك أنواع متعددة من فوسفوينوسيتيد 3 كيناز، ولكن الفئة الأولى فقط هي المسؤولة عن فسفرة الدهون استجابةً لمحفزات النمو. تتكون الفئة الأولى من PI3Ks من ثنائيات غير متجانسة تتألف من وحدة بروتين فرعية تنظيمية p85 ووحدة بروتين فرعية تحفيزية p110، سُميت بأوزانها الجزيئية.[4]

تنشيط مسار PI3K-اكت بواسطة مستقبل تيروزين كيناز

يمكن تنشيط المسار بواسطة مجموعة من الإشارات، بما في ذلك الهرمونات وعوامل النمو ومكونات المصفوفة خارج الخلية (ECM). يُحفز عن طريق ارتباط لَجين خارج الخلية بمستقبل تيروسين كيناز (RTK) في غشاء البلازما، مما يتسبب في ازدواج المستقبل وفسفرة متقاطعة لبقايا التيروسين في المجالات داخل الخلوية. ترتبط الوحدة التنظيمية p85 ببقايا التيروسين المفسفرة على المستقبل المنشط عبر مجال التماثل سارك 2 (SH2) الخاص بها. ثم تقوم بتجنيد الوحدة التحفيزية p110 لتشكيل إنزيم PI3K النشط بالكامل. بدلاً من ذلك، ترتبط جزيء محول بروتين مرتبط بمستقبلات عامل النمو2 (Grb2) بزخارف فوسفو-YXN الخاصة بمستقبل تيروسين كيناز ويجند p85 عبر بروتين سقالة الارتباط مرتبط بمستقبلات عامل النمو2 (GAB).[5][6]

يمكن أيضًا تجنيد الوحدة p110 بشكل مستقل عن p85. على سبيل المثال، يمكن أن يرتبط بمستقبلات عامل النمو2 أيضًا ببروتين راس-جيف سوس1(مسار إشارات الحساسية المفرطة للملح)، مما يؤدي إلى تنشيط راس. ثم يقوم بروتين راس-جي تي بي بتنشيط الوحدة p110 من PI3K. يمكن لجزيئات محول أخرى مثل ركيزة مستقبل الأنسولين (IRS) أيضًا تنشيط p110.[7]

يمكن أيضًا تنشيط PI3K بواسطة مستقبلات مقترنة بالبروتين ج (GPCR)، عبر ثنائيات ج-بروتين βγ أو راس التي ترتبط بـ PI3K مباشرةً. بالإضافة إلى ذلك، تقوم الوحدة الفرعية Gα بتنشيط إشارات الإنتغرين المعتمدة على سارك والتي يمكن أن تنشط PI3K.[8]

تكوين الفوسفوينوسيتيد

بنية فوسفاتيديلينوسيتول-ثلاثي الفوسفات

PI3K المنشط يحفز إضافة مجموعات الفوسفات إلى موضع 3'-OH في حلقة الإينوزيتول للفوسفوينوزيتيدات (PtdIns)، مما ينتج ثلاثة منتجات دهنية، PI(3)P وPI(3,4)P2 وPI(3,4,5)P3:

فوسفاتيديل إينوزيتول (PI) ← بي اي 3-فوسفات، (PI(4)P) ← PI 3,4-ثنائي الفوسفات، (PI(4,5)P2) ← فوسفاتيديلينوسيتول-ثلاثي الفوسفات[9]

ترتبط هذه الدهون الفوسفورية بالغشاء البلازمي، حيث يمكنها ربط البروتينات داخل الخلية التي تحتوي على مجال بلكسترين هومولوجي (PH) أو FYVE مباشرةً. على سبيل المثال، يرتبط شكل ثلاثي الفوسفات (PI(3,4,5)P3) بـ اكت وكيناز المعتمد على فوسفوينوسيتيد 1(PDK1) بحيث يتراكمون بالقرب من الغشاء.[10]

تفعيل أكت

يقيم اكت في العصارة الخلوية في هيئة غير نشطة، حتى يُحفز الخلية وينتقل إلى غشاء البلازما. يمتلك نطاق PH الخاص بـ اكت ألفة عالية للرسول الثانوي PI(3,4,5)P3، ويرتبط به بشكل تفضيلي على فوسفاتيديل إينوزيتيدات أخرى.[11] وبالتالي فإن نشاط PI3K ضروري لانتقال اكت إلى الغشاء. يتسبب التفاعل مع فوسفاتيديلينوسيتول-ثلاثي الفوسفات في تغييرات هيكلية وكشف مواقع الفسفرة Thr308 في نطاق الكيناز وSer473 في النطاق الطرفي سي. يُنشط اكت جزئيًا عن طريق فسفرة T308 بواسطة كيناز المعتمد على فوسفوينوسيتيد1. يتطلب التنشيط الكامل فسفرة S473، والتي يمكن تحفيزها بواسطة بروتينات متعددة، بما في ذلك كيناز معتمد على فوسفوينوسيتيد 2 (PDK2)، كيناز مرتبط بالإنتغرين (ILK)، مركب هدف الثدييات من الراباميسين المركب 2 (mTORC2) و كيناز البروتين المعتمد على الحمض النووي (DNA-PK). إن تنظيم فسفرة Ser473 غير مفهوم تمامًا ولكنه قد يتأثر أيضًا بالفسفرة الذاتية بعد فسفرة Thr308. بعد التحفيز، تنخفض مستويات فوسفاتيديلينوسيتول-ثلاثي الفوسفات ويُضعف نشاط اكت عن طريق إزالة الفسفرة بواسطة فوسفاتازات السيرين/ثريونين.[12][13]

التنشيط المستقل عن PI3K

على الرغم من أن PI3K هو الوضع الرئيسي لتفعيل اكت، فقد ثبت أن كينازات التيروسين أو السيرين/ثريونين الأخرى تُفعّل اكت بشكل مباشر، استجابةً لعوامل النمو أو الالتهاب أو تلف الحمض النووي. يمكن أن تعمل هذه حتى عند تثبيط نشاط PI3K. أظهرت دراسات أخرى أنه يمكن تنشيط اكت استجابةً للصدمة الحرارية أو الزيادات في تركيز الكالسيوم الخلوي، عبر كيناز كيناز البروتين المعتمد على الكالسيوم/كالمودولين (CAMKK).[14][15][16]

تنشيط الكيناز موقع فسفرة أكت تفاصيل
كيناز CDC42 المنشط 1 (Ack1) تير176 يرتبط اكت بشكل تفضيلي بحمض الفوسفاتيديك (PA) بدلاً من فوسفاتيديلينوسيتول-ثلاثي الفوسفات مما يسمح بالانتقال إلى غشاء البلازما.[17]
بروتين تيروزين كيناز طليعة الجين الورمي اللحمي (سارك) تير315، تير326 يتطلب تفاعل مجال SH3 الخاص بسارك والمنطقة الغنية بالبرولين في الطرف الكربوكسيلي لـ اكت.[18]
بروتين تيروزين كيناز 6 (PTK6) تير215، تير315 وتير326 ينشط اكت استجابة لعامل نمو البشرة (EGF)[19]
كيناز ١ المرتبط بTANK (TBK1) ثير195 وسير378 وسير473 استجابة لتنشيط مستقبلات شبيه بالتول في الخلايا البلعمية.[20]
بروتين كيناز معتمد على الحمض النووي (DNA-PK) سير473 يُنشط عن طريق كسر الحمض النووي ثنائي السلسلة الناتج عن الإشعاع المؤين.[21]

التنظيم

أمثلة على التحكم في التغذية الراجعة في مسار PI3K-Akt

لمسار PI3K-اكت العديد من التأثيرات اللاحقة ويجب تنظيمه بعناية. إحدى طرق التنظيم السلبي للمسار هي عن طريق تقليل مستويات فوسفاتيديلينوسيتول-ثلاثي الفوسفات. يُعاكس مماثل الفُسفاتاز والتِنْسين (PTEN) عمل PI3K عن طريق تحويل PI(3,4,5)P3 إلى PI(4,5)P2. يؤدي فقدان وظيفة فتن إلى فرط تنشيط اكت وهو أمر شائع في الخلايا السرطانية (فتن هو مثبط للأورام). كما يقوم فوسفاتاز الإينوزيتول المحتوي على اس اتش 2 (SHIP) أيضًا بإزالة فسفرة PI(3,4,5)P3، في الموضع 5' من حلقة الإينوزيتول. ينظم مسار PI3K-اكت مستويات فتن من خلال التأثير على نسخه ونشاطه. يُنظم عامل النسخ NF-κB (عامل نووي معزز لسلسلة كابا الخفيفة في الخلايا البائية النشطة)، الذي يُنشط بواسطة اكت، مُنشطات مستقبل منشط لمكاثر البيروكسيسوم-دلتا (PPARβ/δ) وعامل نخر الورم ألفا (TNFα)، اللذين بدورهما يثبطان تعبير فتن. يُنظم NEDD4-1(بروتين مُعبَّر عنه في الخلايا السلفية العصبية ومنخفض التنظيم أثناء النمو)، وهو ليغاز اي3 يتعرف على فتن لتحلله، بواسطة مسار PI3K. لذلك، عندما يُنشط اكت، يُثبط فتن بشكل أكبر في حلقة تغذية راجعة إيجابية.[22][23]

يُدار المسار أيضًا بواسطة فوسفاتاز البروتين 2ايه (PP2A)، الذي يزيل فسفرة اكت في Thr308، ويزيل فوسفاتاز PHLPP (فوسفاتازات البروتين المحتوية على نطاق PH وتكرارات غنية باللوسين) فسفرة اكت في Ser473. بروتين آخر مهم في تخفيف اكت هو بروتين مُعدِّل الطرف الكربوكسيلي (CTMP). يرتبط هذا البروتين بالنطاق التنظيمي لـ اكت، مما يمنع فسفرته وتنشيطه.

عندما يُنشط المسار بواسطة الأنسولين، يُنظم نسخ ركيزة مستقبل الأنسولين 1 (IRS-1) بشكل سلبي، في حلقة تغذية راجعة سلبية عبر تنشيط مُركَّب هدف الراباميسين في الثدييات1 (mTORC1) واس6كيه1. اس6كيه1 قادر أيضًا على فسفرة ركيزة مستقبل الأنسولين 1 في بقايا سيرين متعددة، مما يمنع الارتباط بمستقبلات كيناز التيروسين (RTKs). آلية أخرى للتحكم في التغذية الراجعة السلبية التي تنظم المسار تشمل عوامل النسخ فوكس او. يتسبب اكت المنشط في تحلل فوكس او، لذلك لم يعد بإمكانه تثبيط فوسفاتاز البروتين 2ايه، مما يؤدي بالتالي إلى انخفاض في فسفرة اكت.[24]

التأثيرات اللاحقة

بمجرد التنشيط، ينتقل اكت من غشاء البلازما إلى العصارة الخلوية والنواة، حيث توجد العديد من ركائزه. ينظم اكت مجموعة واسعة من البروتينات عن طريق الفسفرة. تحتوي الركائز المستهدفة لـ اكت على تسلسل إجماع أدنى R-X-R-X-X-[Ser/Thr]-Hyd، حيث Hyd هو حمض أميني كاره للماء، على الرغم من أن عوامل أخرى مثل التوطين دون الخلوي والهيكل ثلاثي الأبعاد مهمة. يمكن أن تكون الفسفرة بواسطة اكت مثبطة أو محفزة، إما قمع أو تعزيز نشاط البروتينات المستهدفة.

انظر أيضا

المراجع

  1. ^ Osaki M، Oshimura M، Ito H (2004). "The PI3K-Akt pathway: Its functions and alterations in human cancer". Apoptosis. ج. 9 ع. 6: 667–676. DOI:10.1023/B:APPT.0000045801.15585.dd. PMID:15505410. S2CID:13346655.
  2. ^ Manning BD، Cantley LC (2007). "AKT/PKB Signaling: Navigating Downstream". Cell. ج. 129 ع. 7: 1261–1274. DOI:10.1016/j.cell.2007.06.009. PMC:2756685. PMID:17604717.
  3. ^ Carracedo A، Pandolfi PP (2008). "The PTEN-PI3K pathway: of feedbacks and cross-talks". Oncogene. ج. 27 ع. 41: 5527–5541. DOI:10.1038/onc.2008.247. PMID:18794886.
  4. ^ Cantrell DA (2001). "Phosphoinositide 3-kinase signalling pathways". J Cell Sci. ج. 114 ع. Pt 8: 1439–1445. DOI:10.1242/jcs.114.8.1439. PMID:11282020.
  5. ^ Nicholson KM، Anderson NG (2002). "The protein kinase B/Akt signalling pathway in human malignancy". Cellular Signalling. ج. 14 ع. 5: 381–395. DOI:10.1016/S0898-6568(01)00271-6. PMID:11882383.
  6. ^ Castellano E، Downward J (2011). "RAS Interaction with PI3K". Genes Cancer. ج. 2 ع. 3: 261–74. DOI:10.1177/1947601911408079. PMC:3128635. PMID:21779497.
  7. ^ Hemmings BA، Restuccia DF (2012). "PI3K-PKB/Akt Pathway". Cold Spring Harb Perspect Biol. ج. 4 ع. 9: a011189. DOI:10.1101/cshperspect.a011189. PMC:3428770. PMID:22952397.
  8. ^ New DC، Wong YH (2007). "Molecular mechanisms mediating the G protein-coupled receptor regulation of cell cycle progression". J Mol Signall. ج. 2 ع. 2: 2. DOI:10.1186/1750-2187-2-2. PMC:1808056. PMID:17319972.
  9. ^ Fruman DA، Meyers RE، Cantley LC (1998). "Phosphoinositide Kinases". Annu Rev Biochem. ج. 67: 481–507. DOI:10.1146/annurev.biochem.67.1.481. PMID:9759495.
  10. ^ Cantley LC (2002). "The Phosphoinositide 3-Kinase Pathway". Science. ج. 296 ع. 5573: 1655–1657. Bibcode:2002Sci...296.1655C. DOI:10.1126/science.296.5573.1655. PMID:12040186.
  11. ^ Miao B، Skidan I، Yang J، Lugovskoy A، Reibarkh M، Long K، Brazell T، Durugkar KA، Maki J، Ramana CV، Schaffhausen B، Wagner G، Torchilin V، Yuan J، Degterev A (2010). "Small molecule inhibition of phosphatidylinositol-3,4,5-triphosphate (PIP3) binding to pleckstrin homology domains". Proc. Natl. Acad. Sci. USA. ج. 107 ع. 46: 20126–20131. Bibcode:2010PNAS..10720126M. DOI:10.1073/pnas.1004522107. PMC:2993381. PMID:21041639.
  12. ^ Ballesteros-Álvarez J، Andersen JK (أغسطس 2021). "mTORC2: The other mTOR in autophagy regulation". Aging Cell. ج. 20 ع. 8: e13431. DOI:10.1111/acel.13431. PMC:8373318. PMID:34250734.
  13. ^ Vanhaesebroeck B، Alessi DR (مارس 2000). "The PI3K-PDK1 connection: more than just a road to PKB". The Biochemical Journal. ج. 346 ع. 3: 561–76. DOI:10.1042/0264-6021:3460561. PMC:1220886. PMID:10698680.
  14. ^ Mahajan K، Mahajan NP (سبتمبر 2012). "PI3K-independent AKT activation in cancers: a treasure trove for novel therapeutics". Journal of Cellular Physiology. ج. 227 ع. 9: 3178–84. DOI:10.1002/jcp.24065. PMC:3358464. PMID:22307544.
  15. ^ Shaw M، Cohen P، Alessi DR (نوفمبر 1998). "The activation of protein kinase B by H2O2 or heat shock is mediated by phosphoinositide 3-kinase and not by mitogen-activated protein kinase-activated protein kinase-2". The Biochemical Journal. ج. 336 ع. 1: 241–6. DOI:10.1042/bj3360241. PMC:1219864. PMID:9806907.
  16. ^ Soderling TR (يونيو 1999). "The Ca-calmodulin-dependent protein kinase cascade". Trends in Biochemical Sciences. ج. 24 ع. 6: 232–6. DOI:10.1016/S0968-0004(99)01383-3. PMID:10366852.
  17. ^ Mahajan K، Mahajam NP (2010). "Shepherding AKT and androgen receptor by Ack1 tyrosine kinase". J Cell Physiol. ج. 224 ع. 2: 327–33. DOI:10.1002/jcp.22162. PMC:3953130. PMID:20432460.
  18. ^ Jiang T، Qiu Y (مايو 2003). "Interaction between Src and a C-terminal proline-rich motif of Akt is required for Akt activation". The Journal of Biological Chemistry. ج. 278 ع. 18: 15789–93. DOI:10.1074/jbc.M212525200. PMID:12600984.
  19. ^ Zheng Y، Peng M، Wang Z، Asara JM، Tyner AL (2010). "Protein tyrosine kinase 6 directly phosphorylates AKT and promotes AKT activation in response to epidermal growth factor". Mol Cell Biol. ج. 30 ع. 17: 4280–92. DOI:10.1128/MCB.00024-10. PMC:2937549. PMID:20606012.
  20. ^ Joung SM، Park ZY، Rani S، Takeuchi O، Akira S، Lee JY (2011). "Akt contributes to activation of the TRIF-dependent signaling pathways of TLRs by interacting with TANK-binding kinase 1". J Immunol. ج. 186 ع. 1: 499–507. DOI:10.4049/jimmunol.0903534. PMID:21106850.
  21. ^ Toulany M، Rodemann HP (2013). "Potential of Akt mediated DNA repair in radioresistance of solid tumors overexpressing erbB-PI3K-Akt pathway". Translational Cancer Research. ج. 2 ع. 3. DOI:10.3978/j.issn.2218-676X.2013.04.09.
  22. ^ Georgescu MM (ديسمبر 2010). "PTEN Tumor Suppressor Network in PI3K-Akt Pathway Control". Genes & Cancer. ج. 1 ع. 12: 1170–7. DOI:10.1177/1947601911407325. PMC:3092286. PMID:21779440.
  23. ^ Wang X، Trotman LC، Koppie T، Alimonti A، Chen Z، Gao Z، وآخرون (يناير 2007). "NEDD4-1 is a proto-oncogenic ubiquitin ligase for PTEN". Cell. ج. 128 ع. 1: 129–39. DOI:10.1016/j.cell.2006.11.039. PMC:1828909. PMID:17218260.
  24. ^ Zhang J، Gao Z، Yin J، Quon MJ، Ye J (2008). "S6K directly phosphorylates IRS-1 on Ser-270 to promote insulin resistance in response to TNF-(alpha) signaling through IKK2". J Biol Chem. ج. 283 ع. 51: 35375–82. DOI:10.1074/jbc.M806480200. PMC:2602883. PMID:18952604.

روابط خارجية