Войти
| Киназа гликоген-синтазы 3, каталитический домен | |
|---|---|
| Идентификаторы | |
| Символ | STKc_GSK3 |
| InterPro | IPR039192 |
| CDD | cd14137 |
| гликогенсинтаза киназа 3 альфа | |
|---|---|
| Идентификаторы | |
| Символ | GSK3A |
| Ген NCBI | 2931 |
| HGNC | 4616 |
| OMIM | 606784 |
| RefSeq | NM_019884 |
| UniProt | P49840 |
| Другие данные | |
| Номер ЕС | 2.7.11.26 |
| Locus | Chr. 19 q13.2 |
| киназа гликогенсинтазы 3 бета | |
|---|---|
 Кристаллографическая структура человеческого GSK-3β (цвет радуги, N-конец = синий, С-конец = красный), связанный с эфиром фосфоаминофосфоновой кислоты и аденилата (сферы). | |
| Идентификаторы | |
| Символ | GSK3B |
| Ген NCBI | 2932 |
| HGNC | 4617 |
| OMIM | 605004 |
| PDB | 1Q3W Другие структуры |
| RefSeq | NM_002093 |
| UniProt | P49841 |
| Прочие данные | |
| Номер EC | 2.7.11.26 |
| Locus | Chr. 3 q13.33 |
Гликогенсинтаза киназа 3 представляет собой серин / треонинпротеинкиназу, которая опосредует присоединение молекул фосфата к серину и треонин аминокислотных остатков. GSK-3, впервые обнаруженный в 1980 году в качестве регуляторной киназы для своего тезки, гликоген-синтазы, с тех пор был идентифицирован как киназа для более чем 100 различных белков по множеству различных путей. У млекопитающих GSK-3 кодируется двумя паралогическими генами, GSK-3 альфа (GSK3A ) и GSK-3 beta (GSK3B ). GSK-3 в последнее время стал предметом многочисленных исследований, поскольку он был вовлечен в ряд заболеваний, включая диабет типа II (сахарный диабет 2 типа ), болезнь Альцгеймера, воспаление, рак и биполярное расстройство.
киназа гликогенсинтазы (GSK-3) - это серин / треонин киназа, которая фосфорилируют треонин или серин, и это фосфорилирование обеспечивает различные биологические активности, такие как метаболизм гликогена, передача клеточных сигналов, клеточный транспорт и другие. Ингибирование GS с помощью GSK-3β приводит к снижению синтеза гликогена в печени и мышцах, а также к повышению уровня глюкозы в крови или гипергликемии. Вот почему GSK-3β связан с патогенезом и прогрессированием многих заболеваний, таких как диабет, ожирение, рак и Болезнь Альцгеймера. GSK-3 человека имеет две изоформы , α и β. Он активен в покоящихся клетках и ингибируется несколькими гормонами, такими как инсулин, фактор роста эндотелия и фактор роста тромбоцитов. Инсулин инактивирует его путем фосфорилирования специфических остатков серина Ser21 и Ser9 в изоформах GSK-3 α и β соответственно. В зависимости от фосфатидилинозитол-3-киназы.
По состоянию на 2019 год, GSK-3 является единственным названным и признанным типом киназы гликогенсинтазы . генные символы для GSK1 и GSK2 были отозваны Комитетом по номенклатуре генов HUGO (HGNC), и никаких новых названий для этих «генов» или их местоположения не было указано.
Активный сайт ГСК-3. Три остатка синего цвета связывают затравочный фосфат на субстрате, что демонстрирует лиганд. Остатки D181, D200, K85 и E97. GSK-3 функционирует путем фосфорилирования остатка серина или треонина на своем субстрате-мишени. Положительно заряженный карман, примыкающий к активному сайту, связывает «затравочную» фосфатную группу, присоединенную к С-концу серина или треонина с четырьмя остатками целевого сайта фосфорилирования. Активный центр в остатках 181, 200, 97 и 85 связывает концевой фосфат АТФ и переносит его в целевое место на субстрате (см. Рисунок 1).
Гликоген-синтаза представляет собой фермент, который отвечает за синтез гликогена. Он активируется глюкозо-6-фосфатом (G6P) и ингибируется киназами гликогенсинтазы (GSK3 ). Эти два механизма играют важную роль в метаболизме гликогена.
Фосфорилирование белка GSK-3 обычно подавляет активность его нижестоящей мишени. GSK-3 активен в ряде центральных внутриклеточных сигнальных путей, включая клеточную пролиферацию, миграцию, регуляцию глюкозы и апоптоз.
GSK-3 был первоначально открыт в контексте его участия в регуляции гликогенсинтазы. После праймирования казеинкиназой 2 (CK2) гликогенсинтаза фосфорилируется по кластеру из трех С-концевых остатков серина, что снижает ее активность. Помимо своей роли в регуляции гликогенсинтазы, GSK-3 участвует в других аспектах гомеостаза глюкозы, включая фосфорилирование рецептора инсулина IRS1 и глюконеогенных ферментов фосфоенолпируваткарбоксикиназы и глюкозо-6-фосфатаза. Однако эти взаимодействия не были подтверждены, так как эти пути могут подавляться без повышения регуляции GSK-3.
GSK-3 также, как было показано, регулирует иммунные и миграционные процессы. GSK-3 участвует в ряде сигнальных путей врожденного иммунного ответа, включая выработку провоспалительных цитокинов и интерлейкинов. Инактивация GSK3B различными протеинкиназами также влияет на адаптивный иммунный ответ, индуцируя продукцию и пролиферацию цитокинов в наивных CD4 + Т-клетках и Т-клетках памяти. Сообщалось, что в клеточной миграции, неотъемлемом аспекте воспалительных реакций, ингибирование GSK-3 играет противоречивую роль, поскольку было показано, что локальное ингибирование в конусах роста способствует подвижности, в то время как глобальное ингибирование клеточного GSK-3 ингибирует распространение и миграция клеток.
GSK-3 также неразрывно связан с путями клеточной пролиферации и апоптоза. Было показано, что GSK-3 фосфорилирует бета-катенин, таким образом направляя его на деградацию. Таким образом, GSK-3 является частью канонического пути бета-катенина / Wnt, который сигнализирует клетке о делении и пролиферации. GSK-3 также участвует в ряде путей передачи сигналов апоптоза путем фосфорилирования факторов транскрипции, которые регулируют апоптоз. GSK-3 может способствовать апоптозу как за счет активации проапоптотических факторов, таких как p53, так и за счет инактивации факторов, способствующих выживанию, посредством фосфорилирования. Роль GSK-3 в регуляции апоптоза является спорным, однако, так как некоторые исследования показали, что GSK-3 beta; нокаутный мышей чрезмерно чувствительные к апоптозу и погибают в эмбриональной стадии, в то время как другие показали, что избыточная экспрессия GSK-3 может индуцировать апоптоз. В целом, GSK-3, по-видимому, способствует и ингибирует апоптоз, и эта регуляция варьируется в зависимости от конкретного молекулярного и клеточного контекста.
Из-за его важности для множества клеточных функций GSK- 3 деятельность подлежит жесткому регулированию.
Скорость и эффективность фосфорилирования GSK-3 регулируется рядом факторов. Фосфорилирование определенных остатков GSK-3 может увеличивать или уменьшать его способность связывать субстрат. Фосфорилирование тирозина-216 в GSK-3β или тирозина-279 в GSK-3α усиливает ферментативную активность GSK-3, тогда как фосфорилирование серина-9 в GSK-3β или серина-21 в GSK-3α значительно снижает доступность активного сайта ( см. рисунок 1). Кроме того, GSK-3 необычен среди киназ тем, что для первого фосфорилирования субстрата ему обычно требуется «праймирующая киназа». Фосфорилированный остаток серина или треонина, расположенный на С-конце четырех аминокислот от целевого сайта фосфорилирования, позволяет субстрату связывать карман положительного заряда, образованный остатками аргинина и лизина.
В зависимости от пути, в котором он находится. При использовании GSK-3 может дополнительно регулироваться клеточной локализацией или образованием белковых комплексов. Активность GSK-3 намного выше в ядре и митохондриях, чем в цитозоле в кортикальных нейронах, в то время как фосфорилирование бета-катенина GSK-3 опосредуется связыванием обоих белков с аксином, белок каркаса, позволяющий бета-катенину получать доступ к активному сайту GSK-3.
Из-за своего участия в большом количестве сигнальных путей GSK-3 ассоциирован с массой громких заболеваний. В настоящее время ингибиторы GSK-3 проходят испытания на терапевтическое действие при болезни Альцгеймера, сахарном диабете 2 типа (T2DM), некоторых формах рака и биполярное расстройство.
В настоящее время показано, что литий, который используется для лечения биполярного расстройства, действует как стабилизатор настроения, избирательно подавляя GSK-3. Механизм, с помощью которого ингибирование GSK-3 стабилизирует настроение, неизвестен, хотя есть подозрения, что ингибирование способности GSK-3 вызывать воспаление способствует терапевтическому эффекту. Ингибирование GSK-3 также дестабилизирует репрессор транскрипции Rev-ErbA альфа, который играет важную роль в циркадных часах. Элементы циркадных часов могут быть связаны с предрасположенностью к биполярному расстройству настроения.
Активность GSK-3 связана с обеими патологическими особенностями болезни Альцгеймера, а именно с накоплением амилоида-β ( Aβ) и образование нейрофибриллярных клубков. Считается, что GSK-3 непосредственно способствует продукции Aβ и связан с процессом гиперфосфорилирования тау-белков, что приводит к путанице. Из-за этой роли GSK-3 в развитии болезни Альцгеймера, ингибиторы GSK-3 могут оказывать положительное терапевтическое действие на пациентов с болезнью Альцгеймера и в настоящее время находятся на ранних стадиях тестирования.
Подобным образом целевое ингибирование GSK -3 может оказывать терапевтическое воздействие на определенные виды рака. Хотя было показано, что GSK-3 в некоторых случаях способствует апоптозу, также сообщалось, что он является ключевым фактором туморогенеза при некоторых раковых заболеваниях. Подтверждая это утверждение, было показано, что ингибиторы GSK-3 вызывают апоптоз в клетках глиомы и рака поджелудочной железы.
Ингибиторы GSK-3 также оказались многообещающими при лечении СД2. Хотя активность GSK-3 в условиях диабета может радикально различаться для разных типов тканей, исследования показали, что введение конкурентных ингибиторов GSK-3 может повысить толерантность к глюкозе у мышей с диабетом. Ингибиторы GSK-3 могут также оказывать терапевтическое действие на геморрагическую трансформацию после острого ишемического инсульта. GSK-3 может негативно регулировать путь передачи сигналов инсулина путем ингибирования IRS1 посредством фосфорилирования серина-332, делая инсулиновый рецептор неспособным активировать IRS1 и дополнительно инициируя канонический путь PI3K / Akt. Роль, которую ингибирование GSK-3 может играть в др. Его сигнальных ролях, еще полностью не изучена.
Ингибирование GSK-3 также опосредует увеличение транскрипции фактора транскрипции Tbet (Tbx21) и ингибирование транскрипции ингибирующего корецептора запрограммированной гибели клеток-1 (PD-1) на T- клетки. Ингибиторы GSK-3 увеличивали in vivo функцию CTL CD8 (+) OT-I и устранение вирусных инфекций мышиным гамма-герпесвирусом 68 и клоном 13 лимфоцитарного хориоменингита, а также анти-PD-1 в иммунотерапии.
Ингибиторы киназы гликоген-синтазы имеют разные хемотипы и обладают различными механизмами действия; они могут быть катионами из природных источников, синтетическими АТФ и не конкурентными ингибиторами АТФ и субстрат-конкурентными ингибиторами. GSK3 - это двухлепестковая архитектура с N-концом и C-концом, N-конец отвечает за связывание АТФ, а C-конец, который называется петлей активации опосредует активность киназы, тирозин, расположенный на С-конце, необходим для полной активности GSK3.
При диабете ингибиторы GSK-3β повышают чувствительность к инсулину, синтез гликогена и метаболизм глюкозы в скелетных мышцах, а также снижение ожирения за счет воздействия на процесс адипогенеза. GSK-3β также сверхэкспрессируется при нескольких типах рака, таких как колоректальный, рак яичников и рак простаты. Ингибиторы GSK-3β также помогают в лечении болезни Альцгеймера, инсульта и расстройств настроения, включая биполярное расстройство.
Ингибиторы GSK-3 включают:
IC50= 4-80нМ:
IC50= 0,5-1,5 мкм:
Литий, который используется для лечения биполярного расстройства, был первым обнаруженным природным ингибитором GSK-3. Он ингибирует GSK-3 напрямую, конкурируя с ионами магния, и косвенно, путем фосфорилирования и саморегуляции серина. Было обнаружено, что литий оказывает инсулиноподобное действие на метаболизм глюкозы, включая стимуляцию синтеза гликогена в жировых клетках, коже и мышцах, увеличение поглощения глюкозы и активацию активности GS. Помимо ингибирования GSK-3, он также ингибирует другие ферменты, участвующие в регуляции метаболизма глюкозы, такие как мио-инозитол-1-монофосфатаза и 1,6-бисфосфатаза. Кроме того, он показал терапевтический эффект при болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваниях, таких как эпилептическая нейродегенерация.
Напроксен является нестероидным противовоспалительным препаратом, в то время как кромолин является противоаллергическим агентом, который действует как стабилизатор тучных клеток. Оба препарата продемонстрировали противоопухолевый эффект в дополнение к гипогликемическому эффекту за счет ингибирования киназы-3β гликогенсинтазы (GSK-3β).
Для подтверждения гипотезы напроксена и кромолина об анти-GSK-3β, в дополнение к измерению степени связывания, было выполнено соединение двух структур с карманом связывания GSK-3β и сравнение их соответствия с известным ингибитором GSK-3β ARA014418. сывороточная глюкоза, сывороточный инсулин, сывороточный С-пептид, изменение веса и уровни гликогена в печени для нормальных и диабетических моделей животных натощак для оценки их гипогликемических эффектов in vitro.
Напроксен и кромолин были успешно прикреплены к сайту связывания GSK -3β (оба помещались в его связывающий карман). Они проявляли электростатические, гидрофобные и связывающие водород взаимодействия с ключевыми аминокислотами в пределах связывающего кармана с профилями связывающего взаимодействия, аналогичными AR-A014418 (известному ингибитору). Отрицательные заряды групп карбоновой кислоты в обоих препаратах электростатически взаимодействуют с положительно заряженной гуанидиновой группой Arg141. Более того, взаимодействия водородных связей между остатками карбоновых кислот кромолина и аммониевыми группами Lys183 и Lys60, в дополнение к π-укладке нафталиновой кольцевой системы напроксена с фенольным кольцом Tyr134.
Антидиабетические эффекты напроксена и кромолина: в моделях на нормальных животных оба препарата продемонстрировали дозозависимое снижение уровня глюкозы в крови и повышение уровня гликогена. В модели хронического диабета II типа уровни глюкозы также были снижены, а уровень гликогена и уровни инсулина повышались дозозависимым образом с уменьшением глюкозы в плазме.
Эффекты напроксена и кромолина против ожирения: оба Препараты продемонстрировали значительный эффект против ожирения, поскольку они снижали массу тела, уровень резистина и глюкозы в зависимости от дозы. Также было обнаружено, что они повышают уровни адипонектина, инсулина и С-пептида в зависимости от дозы.
Фамотидин является специфическим препаратом длительного действия антагонист H2, который снижает секрецию кислоты желудочного сока. Он используется при лечении язвенной болезни, ГЭРБ и патологических гиперсекреторных состояний, таких как синдром Золлингера – Эллисона. (14,15) Антагонисты Н2-рецепторов влияют на метаболизм гормонов, но их влияние на метаболизм глюкозы точно не установлено. (16) Исследование показало, что фамотидин снижает уровень глюкозы. Недавно был проведен молекулярный докинг в качестве предварительного скринингового теста in-silico для изучения связывания фамотидина с активным сайтом GSK-3β.
Исследование связывания фамотидина с ферментом показало, что фамотидин может быть закреплен в пределах связывания. карман GSK-3β, оказывающий существенное взаимодействие с ключевыми точками внутри кармана связывания GSK-3β. Взаимодействие с сильными водородными связями с ключевыми аминокислотами PRO-136 и VAL -135 и потенциальное гидрофобное взаимодействие с LEU-188 были аналогичны тем, которые обнаруживаются при связывании лиганда с ферментом (AR-A014418).
Кроме того, фамотидин показал высокое сродство к связыванию GSK-3β и ингибирующую активность благодаря взаимодействиям, которые стабилизируют комплекс, а именно водородному связыванию гуанидиновой группы в фамотидине с сульфагидрильной частью в CYS-199; и электростатические взаимодействия между той же группой гуанидина с карбоксильной группой в ASP-200, водородная связь между концевой группой NH2, ОН в TYR-143 и гидрофобное взаимодействие атома серы в тиоэфире с ILE-62. Исследования in vitro показали, что фамотидин подавляет активность GSK-3β и увеличивает запасы гликогена в печени в зависимости от дозы. Наблюдалось четырехкратное повышение уровня гликогена в печени при применении максимальной дозы фамотидина (4,4 мг / кг). Также было показано, что фамотидин снижает уровень глюкозы в сыворотке через 30 и 60 минут после пероральной глюкозной нагрузки у здоровых людей.
Куркумин, входящий в состав куркумы пряность, обладающая вкусовыми и красящими свойствами. Он имеет две симметричные формы: енол (наиболее распространенные формы) и кетон.
Куркумин обладает широким фармакологическим действием: противовоспалительным, антимикробным, гипогликемическим, антиоксидантным и ранозаживляющим действием. На животных моделях с болезнью Альцгеймера он обладает анти-деструктивным действием бета-амилоида в головном мозге, а недавно он показал антималярийную активность.
Куркумин также обладает химиопрофилактическим и противораковым действием. было показано, что при хроническом употреблении снижает окислительный стресс и почечную дисфункцию у животных с диабетом.
Механизм действия куркумина является противовоспалительным; он ингибирует ядерный активатор транскрипции каппа B (NF-KB ), который активируется всякий раз, когда возникает воспалительный ответ.
NF-kB имеет два регуляторных фактора, IkB и GSK-3, что предполагает куркумин напрямую связывает и ингибирует GSK-3B. Исследование in vitro подтвердило ингибирование GSK-3B путем моделирования молекулярного стыковки с использованием технологии силикона. Концентрация, при которой 50% GK-3B ингибируется куркумином, составляет 66,3 нМ.
Из двух его форм экспериментальные и теоретические исследования показывают, что енольная форма является предпочтительной формой из-за наличия внутримолекулярного водорода. связывание и эксперимент ЯМР показывают, что енольная форма существует в различных растворителях.
Антипсихотические препараты все чаще используются при шизофрении, биполярном расстройстве, тревоге и другие психические состояния. Атипичные нейролептики используются чаще, чем нейролептики первого поколения, поскольку они снижают риск экстрапирамидных симптомов, таких как поздняя дискинезия, и обладают большей эффективностью.
Оланзапин и атипичные антипсихотики вызывают увеличение веса. получить за счет увеличения жировых отложений. Он также влияет на метаболизм глюкозы, и несколько исследований показывают, что он может ухудшить диабет.
Недавнее исследование показывает, что оланзапин подавляет активность GSK3, предполагая, что оланзапин способствует синтезу гликогена. Исследование влияния оланзапина на уровни глюкозы и гликогена в крови мышей показало значительное снижение уровня глюкозы в крови и повышение уровня гликогена у мышей, а IC50% оланзапина составляла 91,0 нМ, что считается мощным ингибитором. Исследование также показывает, что субхроническое использование оланзапина приводит к сильному ингибированию GSK3.
Аналоги пиримидина представляют собой антиметаболиты, которые препятствуют синтезу нуклеиновых кислот. Было показано, что некоторые из них подходят для АТФ-связывающего кармана GSK-3β для снижения уровня глюкозы в крови и лечения некоторых нейрональных заболеваний.
