Fosfoinositida 3-quinase - Phosphoinositide 3-kinase
| Fosfatidilinositol-4,5-bisfosfato 3-quinase | |||||||||
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 Inibidor PIK-93 (amarelo) ligado à subunidade gama PI3K 110.
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| Identificadores | |||||||||
| Símbolo | PI3K | ||||||||
| Pfam | PF00454 | ||||||||
| InterPro | IPR000403 | ||||||||
| INTELIGENTE | SM00146 | ||||||||
| PRÓSITO | PDOC00710 | ||||||||
| SCOP2 | 3gmm / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| Superfamília OPM | 265 | ||||||||
| Proteína OPM | 3ml9 | ||||||||
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| Fosfoinositida 3-quinase | |||||||||
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| Identificadores | |||||||||
| EC nº | 2.7.1.137 | ||||||||
| CAS no. | 115926-52-8 | ||||||||
| Bancos de dados | |||||||||
| IntEnz | Vista IntEnz | ||||||||
| BRENDA | Entrada BRENDA | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme view | ||||||||
| KEGG | Entrada KEGG | ||||||||
| MetaCyc | via metabólica | ||||||||
| PRIAM | perfil | ||||||||
| Estruturas PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
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Fosfoinositídeo 3-quinases ( PI3Ks ), também chamadas de fosfatidilinositol 3-quinases , são uma família de enzimas envolvidas em funções celulares, como crescimento celular, proliferação, diferenciação, motilidade, sobrevivência e tráfego intracelular, que por sua vez estão envolvidas no câncer.
PI3Ks são uma família de enzimas transdutoras de sinal intracelular relacionadas, capazes de fosforilar o grupo hidroxila na posição 3 do anel inositol do fosfatidilinositol (PtdIns). A via, com oncogene PIK3CA e gene supressor de tumor PTEN , está implicada na sensibilidade de tumores cancerígenos à insulina e IGF1 , e na restrição calórica .
Descoberta
A descoberta de PI3Ks por Lewis Cantley e colegas começou com a identificação de uma fosfoinositídeo quinase previamente desconhecida associada à proteína polioma T do meio. Eles observaram especificidade de substrato única e propriedades cromatográficas dos produtos da quinase lipídica, levando à descoberta de que esta fosfoinositídeo quinase tinha a capacidade sem precedentes de fosforilar fosfoinositídeos na posição 3 'do anel inositol. Posteriormente, Cantley e colegas demonstraram que in vivo a enzima prefere PtdIns (4,5) P2 como substrato, produzindo o novo fosfoinositídeo PtdIns (3,4,5) P3 previamente identificado em neutrófilos.
Aulas
A família PI3K é dividida em quatro classes diferentes: Classe I , Classe II , Classe III e Classe IV. As classificações são baseadas na estrutura primária, regulação e especificidade do substrato lipídico in vitro .
Classe I
Classe I PI3Ks catalisam a conversão de fosfatidilinositol (4,5) -bifosfato (PI (4,5) P 2 ) em fosfatidilinositol (3,4,5) -trisfosfato (PI (3,4,5) P 3 ) in vivo . Enquanto in vitro, eles também mostraram converter fosfatidilinositol (PI) em fosfatidilinositol 3-fosfato (PI3P) e fosfatidilinositol 4-fosfato (PI4P) em fosfatidilinositol (3,4) -bisfosfato (PI (3,4) P 2 ) , essas reações são fortemente desfavorecidas in vivo. A PI3K é ativada por receptores acoplados à proteína G e receptores tirosina quinase .
As PI3Ks de classe I são moléculas heterodiméricas compostas por uma subunidade reguladora e uma subunidade catalítica ; eles são ainda divididos entre os subconjuntos IA e IB na similaridade de sequência. As PI3Ks de classe IA são compostas por um heterodímero entre uma subunidade catalítica p110 e uma subunidade reguladora p85. Existem cinco variantes da subunidade reguladora p85, designada p85 , p55α , p50α , p85 , e p55γ . Existem também três variantes da subunidade catalítica p110 designada subunidade catalítica p110α, β ou δ. As três primeiras subunidades regulatórias são todas variantes de splice do mesmo gene ( Pik3r1 ), as outras duas sendo expressas por outros genes (Pik3r2 e Pik3r3, p85β e p55γ, respectivamente). A subunidade reguladora mais expressa é p85α; todas as três subunidades catalíticas são expressos por genes separados ( PIK3CA , Pik3cb , e Pik3cd para p110 , p110? , e p110δ , respectivamente). As duas primeiras isoformas de p110 (α e β) são expressas em todas as células, mas p110δ é expresso principalmente em leucócitos , e foi sugerido que evoluiu em paralelo com o sistema imune adaptativo. O p101 reguladora e catalítica p110 subunidades compreendem a classe IB PI3K e s codificadas por um único gene cada ( Pik3cg para p110 e Pik3r5 para p101).
As subunidades p85 contêm domínios SH2 e SH3 ( Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM): 171833 ). Os domínios SH2 ligam-se preferencialmente a resíduos de tirosina fosforilados no contexto de sequência de aminoácidos YXXM.
Classes II e III
As PI3Ks de Classe II e III são diferenciadas da Classe I por sua estrutura e função. A característica distinta das PI3Ks de Classe II é o domínio C2 C-terminal. Este domínio carece de resíduos Asp críticos para coordenar a ligação de Ca 2+ , o que sugere que as PI3Ks de classe II se ligam a lipídios de uma maneira independente de Ca 2+ .
A Classe II compreende três isoformas catalíticas (C2α, C2β e C2γ), mas, ao contrário das Classes I e III, nenhuma proteína reguladora. Classe II catalisar a produção de PI (3) P a partir de PI e PI (3,4) P 2 de PI (4) P; no entanto, pouco se sabe sobre seu papel nas células do sistema imunológico. PI (3,4) P 2 , entretanto, demonstrou desempenhar um papel na fase de invaginação da endocitose mediada por clatrina. C2α e C2β são expressos através do corpo, mas a expressão de C2γ é limitada aos hepatócitos .
PI3Ks de Classe III produzem apenas PI (3) P de PI, mas são mais semelhantes à Classe I em estrutura, pois existem como heterodímeros de uma subunidade catalítica ( Vps34 ) e uma reguladora (Vps15 / p150). A classe III parece estar envolvida principalmente no tráfego de proteínas e vesículas. Há, no entanto, evidências que mostram que eles são capazes de contribuir para a eficácia de vários processos importantes para as células do sistema imunológico, entre eles a fagocitose .
Classe IV
Um grupo de enzimas mais distantemente relacionadas é algumas vezes referido como PI3Ks de classe IV. É composta por ataxia telangiectasia mutada (ATM), ataxia telangiectasia e Rad3 relacionados (ATR), proteína quinase dependente de DNA (DNA-PK) e alvo de rapamicina em mamíferos (mTOR). Eles são proteínas serina / treonina quinases.
Genes humanos
| grupo | gene | proteína | apelido | Número CE |
|---|---|---|---|---|
| classe 1 catalítica | PIK3CA | PI3K, catalítico, polipeptídeo alfa | p110-α | 2.7.1.153 |
| PIK3CB | PI3K, catalítico, polipeptídeo beta | p110-β | ||
| PIK3CG | PI3K, catalítico, polipeptídeo gama | p110-γ | ||
| PIK3CD | PI3K, catalítico, polipeptídeo delta | p110-δ | ||
| classe 1 regulamentar | PIK3R1 | PI3K, subunidade regulatória 1 (alfa) | p85-α | N / D |
| PIK3R2 | PI3K, subunidade regulatória 2 (beta) | p85-β | ||
| PIK3R3 | PI3K, subunidade regulatória 3 (gama) | p55-γ | ||
| PIK3R4 | PI3K, subunidade regulatória 4 | p150 | ||
| PIK3R5 | PI3K, subunidade regulatória 5 | p101 | ||
| PIK3R6 | PI3K, subunidade regulatória 6 | p87 | ||
| classe 2 | PIK3C2A | PI3K, classe 2, polipeptídeo alfa | PI3K-C2α | 2.7.1.154 |
| PIK3C2B | PI3K, classe 2, polipeptídeo beta | PI3K-C2β | ||
| PIK3C2G | PI3K, classe 2, polipeptídeo gama | PI3K-C2γ | ||
| classe 3 | PIK3C3 | PI3K, classe 3 | Vps34 | 2.7.1.137 |
Mecanismo
Os vários fosfoinositídeos 3-fosforilados que são produzidos por PI3Ks ( PtdIns3P , PtdIns (3,4) P2 , PtdIns (3,5) P2 e PtdIns (3,4,5) P3 ) funcionam em um mecanismo pelo qual um grupo variado de proteínas de sinalização, contendo domínios PX , domínios de homologia de pleckstrina ( domínios PH), domínios FYVE ou outros domínios de ligação de fosfoinositídeo, são recrutados para várias membranas celulares.
Função
PI3Ks têm sido associados a um grupo extraordinariamente diverso de funções celulares, incluindo crescimento celular, proliferação, diferenciação, motilidade, sobrevivência e tráfego intracelular. Muitas dessas funções estão relacionadas à capacidade das PI3Ks de classe I de ativar a proteína quinase B (PKB, também conhecida como Akt) como na via PI3K / AKT / mTOR . As isoformas p110δ e p110γ regulam diferentes aspectos das respostas imunes. PI3Ks também são um componente chave da via de sinalização da insulina . Portanto, há grande interesse no papel da sinalização PI3K no diabetes mellitus .
Mecanismo
O domínio de homologia de pleckstrina de AKT liga-se diretamente a PtdIns (3,4,5) P3 e PtdIns (3,4) P2 , que são produzidos por PI3Ks ativados. Uma vez que PtdIns (3,4,5) P3 e PtdIns (3,4) P2 são restritos à membrana plasmática, isso resulta na translocação de AKT para a membrana plasmática. Da mesma forma, a quinase-1 dependente de fosfoinositídeo (PDK1 ou, raramente referida como PDPK1) também contém um domínio de homologia de plecstrina que se liga diretamente a PtdIns (3,4,5) P3 e PtdIns (3,4) P2, fazendo com que ele também translocar para a membrana plasmática após a ativação de PI3K. A interação de PDK1 ativada e AKT permite que AKT se torne fosforilado por PDK1 na treonina 308, levando à ativação parcial de AKT. A ativação completa de AKT ocorre após a fosforilação da serina 473 pelo complexo TORC2 da proteína quinase mTOR .
A via PI3K / AKT mostrou ser necessária para uma gama extremamente diversa de atividades celulares - mais notavelmente proliferação e sobrevivência celular. Por exemplo, demonstrou estar envolvido na proteção de astrócitos da apoptose induzida por ceramida.
Muitas outras proteínas foram identificadas que são reguladas por PtdIns (3,4,5) P3, incluindo tirosina quinase de Bruton (BTK), Receptor Geral para Fosfoinositides-1 (GRP1) e a N-acetilglucosamina ligada a O (O-GlcNAc ) transferase .
PtdIns (3,4,5) P3 também ativa fatores de troca de nucleotídeo guanina (GEFs) que ativam a GTPase Rac1, levando à polimerização da actina e rearranjo do citoesqueleto.
Cânceres
A classe IA PI3K p110α é mutada em muitos cânceres. Muitas dessas mutações tornam a quinase mais ativa. É a quinase isolada mais mutada no glioblastoma, o tumor cerebral primário mais maligno. Os PtdIns (3,4,5) P 3 fosfatase PTEN que antagoniza a sinalização de PI3K está ausente de muitos tumores. Além disso, o receptor do fator de crescimento epidérmico EGFR que funciona a montante de PI3K é mutacionalmente ativado ou superexpresso no câncer. Portanto, a atividade da PI3K contribui significativamente para a transformação celular e o desenvolvimento do câncer . Foi demonstrado que as células B malignas mantêm uma atividade "tônica" do eixo PI3K / Akt através da regulação positiva de uma proteína adaptadora GAB1, e isso também permite que as células B sobrevivam à terapia direcionada com inibidores de BCR.
Aprendizagem e memória
PI3Ks também foram implicados na potenciação de longo prazo (LTP). Se eles são necessários para a expressão ou a indução de LTP ainda é debatido. Em neurônios CA1 do hipocampo de camundongo, certas PI3Ks são complexadas com receptores AMPA e compartimentadas na densidade pós-sináptica das sinapses glutamatérgicas. PI3Ks são fosforilados na atividade CaMKII dependente do receptor NMDA , e então facilita a inserção de subunidades AMPA-R GluR1 na membrana plasmática. Isso sugere que os PI3Ks são necessários para a expressão de LTP. Além disso, os inibidores de PI3K aboliram a expressão de LTP em CA1 do hipocampo de rato, mas não afetaram sua indução. Notavelmente, a dependência da expressão de LTP de fase tardia em PI3Ks parece diminuir ao longo do tempo.
No entanto, outro estudo descobriu que os inibidores de PI3K suprimiram a indução, mas não a expressão, de LTP em CA1 do hipocampo de camundongo. A via PI3K também recruta muitas outras proteínas a jusante, incluindo mTOR , GSK3β e PSD-95 . A via PI3K-mTOR leva à fosforilação de p70S6K , uma quinase que facilita a atividade de tradução, sugerindo ainda que as PI3Ks são necessárias para a fase de síntese de proteínas da indução de LTP.
As PI3Ks interagem com o substrato do receptor de insulina (IRS) para regular a captação de glicose por meio de uma série de eventos de fosforilação.
PI 3-quinases como proteínas quinases
Muitos PI3Ks parecem ter uma atividade de serina / treonina quinase in vitro ; no entanto, não está claro se isso tem algum papel in vivo .
Inibição
Todas as PI3Ks são inibidas pelos medicamentos wortmannin e LY294002 , embora alguns membros da família PI3K classe II apresentem sensibilidade diminuída. Wortmannin mostra melhor eficiência do que LY294002 nas posições de mutação do ponto de acesso (GLU542, GLU545 e HIS1047)
Inibidores de PI3K como terapêutica
Como a wortmanina e o LY294002 são inibidores de ampla gama de PI3Ks e uma série de proteínas não relacionadas em concentrações mais altas, eles são muito tóxicos para serem usados como terapêuticos. Diversas empresas farmacêuticas desenvolveram inibidores específicos da isoforma PI3K. Em janeiro de 2019, três inibidores de PI3K foram aprovados pelo FDA para uso clínico de rotina em humanos: o inibidor de PIK3CD idelalisibe (julho de 2014, NDA 206545 ), o inibidor duplo de PIK3CA e PIK3CD copanlisibe (setembro de 2017, NDA 209936 ) e o duplo PIK3CD e inibidor de PIK3CG duvelisibe (setembro de 2018, NDA 211155 ). A inibição co-direcionada da via com outras vias, como MAPK ou PIM, foi destacada como uma estratégia terapêutica anticâncer promissora, que poderia oferecer benefícios sobre a abordagem monoterapêutica ao contornar a sinalização compensatória, retardando o desenvolvimento de resistência e potencialmente permitindo a redução de dosagem.
Veja também
Referências
Leitura adicional
- Vanhaesebroeck B, Leevers SJ, Ahmadi K, Timms J, Katso R, Driscoll PC, et al. (2001). "Synthesis and function of 3-phosphorylated inositol lipids". Revisão Anual de Bioquímica . 70 : 535–602. doi : 10.1146 / annurev.biochem.70.1.535 . PMID 11395417 . [1]
- Schild C, Wirth M, Reichert M, Schmid RM, Saur D, Schneider G (dezembro de 2009). "A sinalização de PI3K mantém a expressão de c-myc para regular a transcrição de E2F1 em células de câncer pancreático". Carcinogênese molecular . 48 (12): 1149–58. doi : 10.1002 / mc.20569 . PMID 19603422 . S2CID 41545085 .
- Williams R, Berndt A, Miller S, Hon WC, Zhang X (agosto de 2009). "Forma e flexibilidade em fosfoinositide 3-quinases". Biochemical Society Transactions . 37 (Pt 4): 615–26. doi : 10.1042 / BST0370615 . PMID 19614567 .
- Quaresma AJ, Sievert R, Nickerson JA (abril de 2013). "Regulação da exportação de mRNA pela via de transdução de sinal PI3 quinase / AKT" . Molecular Biology of the Cell . 24 (8): 1208–21. doi : 10.1091 / mbc.E12-06-0450 . PMC 3623641 . PMID 23427269 .
links externos
- Classe de motivo de recurso de Motivo Linear Eucariótico MOD_PIKK_1
- Proteopedia Phosphoinositide_3-Kinases para explorar a estrutura em 3D interativo
- PI-3 + Quinase na Biblioteca Nacional de Medicina dos Estados Unidos. Cabeçalhos de Assuntos Médicos (MeSH)
- Caminho de sinalização PI3K / Akt
