Войти
Изоферменты пируваткиназы M1 / M2 (PKM1 / M2), также известные как мышечный изофермент пируваткиназы (PKM), пируваткиназа типа K, цитозольный белок, связывающий гормон щитовидной железы (CTHBP), белок, связывающий гормон щитовидной железы 1 (THBP1), или опа -interacting белок 3 (OIP3), представляет собой фермент, который у человека кодируется PKM2 гена.
PKM2 является изоферментом из гликолитического фермента пируваткиназы. В зависимости от различных метаболических функций тканей экспрессируются разные изоферменты пируваткиназы. PKM2 экспрессируется в некоторых дифференцированных тканях, таких как легкие, жировая ткань, сетчатка и островки поджелудочной железы, а также во всех клетках с высокой скоростью синтеза нуклеиновых кислот, таких как нормальные пролиферирующие клетки, эмбриональные клетки и особенно опухолевые клетки.
Ген PKM кодирует два изофермента: PKM1 и PKM2. М-ген состоит из 12 экзонов и 11 интронов. PKM1 и PKM2 представляют собой разные продукты сплайсинга M-гена (экзон 9 для PKM1 и экзон 10 для PKM2) и отличаются только 23 аминокислотами в пределах 56-аминокислотного участка (аминокислотные остатки 378-434) на их карбоксиконце.
Пируваткиназы катализируют последний шаг в пределах гликолиза, де - фосфорилирование из фосфоенолпируваты в пируват, и отвечают за чистую АТФ производства в гликолитической последовательности. В отличие от митохондриального дыхания, регенерация энергии пируваткиназой не зависит от поступления кислорода и позволяет органам выжить в условиях гипоксии, часто встречающихся в солидных опухолях.
Участие этого фермента в различных путях, межбелковых взаимодействиях и ядерном транспорте предполагает его способность выполнять множественные негликолитические функции с различными последствиями, хотя многомерная роль этого белка еще полностью не исследована. Однако была показана функциональная роль в ангиогенезе так называемого процесса образования кровеносных сосудов посредством взаимодействия и регуляции Jmjd8.
Изофермент PKM1 экспрессируется в органах, которые сильно зависят от высокой скорости регенерации энергии, таких как мышцы и мозг.
PKM2 - это фермент пируваткиназа M2 (PKM2) и коактиватор транскрипции STAT1, ответственный за индукцию экспрессии белка PDL-1 и его регуляцию в опухолевых и иммунных клетках. В производстве лактата требуется повышенная регуляция PKM2, и это приводит к его вкладу в воспалительную реакцию, повреждение органов и септическую смерть. Как следствие, удаление PKM2 из миелоидных клеток, введение анти-PD-L1 или добавление рекомбинантного интерлейкина - 1 (ИЛ-7) облегчает микробный клиренс, ингибирует апоптоз Т-клеток, снижает полиорганную дисфункцию и снижает гибель мышей с дефицитом Bmal1.
PKM2 представляет собой цитозольный фермент, который связан с другими гликолитическими ферментами, например, гексокиназой, глицеральдегид-3-P-дегидрогеназой, фосфоглицераткиназой, фосфоглицеромутазой, энолазой и лактатдегидрогеназой в составе так называемого комплекса гликолитических ферментов.
Однако PKM2 содержит индуцируемый сигнал ядерной локализации в своем C-концевом домене. Роль PKM2 в ядре сложна, поскольку описаны пролиферативные, но также и проапоптотические стимулы. С одной стороны, было обнаружено, что ядерная PKM2 участвует в фосфорилировании гистона 1 путем прямого переноса фосфата с PEP на гистон 1. С другой стороны, ядерная транслокация PKM2, индуцированная аналогом соматостатина, H 2 O 2 или УФ-светом. был связан с независимой от каспаз запрограммированной гибелью клеток.
PKM2 экспрессируется в большинстве опухолей человека. Первоначально обсуждалось переключение с экспрессии PKM1 на PKM2 во время туморогенеза. Эти выводы, однако, были результатом неправильной интерпретации вестерн-блоттинга, в которых использовались мышечные мышцы, экспрессирующие PKM1, в качестве единственной нераковой ткани. В клинических образцах рака может быть подтверждена только повышающая регуляция PKM2, но не специфичность рака.
В отличие от близко гомологичного PKM1, который всегда находится в высокоактивной тетрамерной форме и который не регулируется аллостерически, PKM2 может существовать в тетрамерной форме, но также и в димерной форме. Тетрамерная форма PKM2 имеет высокое сродство к субстрату фосфоенолпируваты (PEP), а также обладает высокой активностью при физиологических концентрациях PEP. Когда PKM2 находится в основном в высокоактивной тетрамерной форме, что имеет место в дифференцированных тканях и большинстве нормальных пролиферирующих клеток, глюкоза превращается в пируват под действием энергии. Между тем димерная форма PKM2 характеризуется низким сродством к субстрату PEP и почти неактивна при физиологических концентрациях PEP. Когда PKM2 находится в основном в менее активной димерной форме, что имеет место в опухолевых клетках, все промежуточные гликолитические промежуточные соединения выше пируваткиназы накапливаются и направляются в синтетические процессы, которые ответвляются от гликолитических промежуточных продуктов, таких как нуклеиновые кислоты, фосфолипиды и амино. кислотный синтез. Нуклеиновые кислоты, фосфолипиды и аминокислоты являются важными строительными блоками клетки, в которых очень нуждаются высокопролиферирующие клетки, такие как опухолевые клетки.
Из-за ключевого положения пируваткиназы в гликолизе соотношение тетрамер: димер PKM2 определяет, будут ли атомы углерода глюкозы превращаться в пируват и лактат при производстве энергии (тетрамерная форма) или направляться в синтетические процессы (димерная форма). Однако, даже если активность PKM2 низкая, что приводит к отвлечению промежуточных продуктов выше по течению в синтетические процессы, пируват и лактат все равно будут производиться с использованием атомов углерода из глюкозы и других метаболитов через 86 путей, минуя пируваткиназу. Эти пути обхода пируваткиназы отличаются от путей, участвующих в глюконеогенезе. Интересно, что многие пути обхода пируваткиназы используют метаболиты, которые проходят через митохондрии, что подчеркивает важность митохондрий в метаболизме рака независимо от окислительного фосфорилирования.
В опухолевых клетках PKM2 находится в основном в димерной форме и поэтому был назван опухолью M2-PK. Количественное определение опухоли M2-PK в плазме и кале является инструментом для раннего выявления опухолей и последующих исследований во время терапии. Димеризация PKM2 в опухолевых клетках индуцируется прямым взаимодействием PKM2 с различными онкобелками (pp60v-src, HPV-16 E7 и A-Raf). Физиологическая функция взаимодействия между PKM2 и HERC1, а также между PKM2 и PKCdelta неизвестна). Из-за важной роли PKM2 в аэробном гликолизе (эффект Варбурга), который является доминирующим метаболическим путем, используемым раковыми клетками. Его преодоление на этом пути в макрофагах может привести к лучшему результату экспериментального сепсиса. Таким образом, PKM2 является регулятором индуцированной LPS и опухолью экспрессии PD-L1 на макрофагах и дендритных клетках, а также опухолевых клетках.
Однако соотношение тетрамер: димер PKM2 не является стационарным. Высокие уровни гликолитического промежуточного фруктозо-1,6-бисфосфата вызывают повторную ассоциацию димерной формы PKM2 с тетрамерной формой. Как следствие, глюкоза превращается в пируват и лактат с производством энергии до тех пор, пока уровень фруктозо-1,6-бисфосфата не упадет ниже критического значения, чтобы позволить диссоциацию до димерной формы. Эта регуляция называется метаболической бюджетной системой. Другой активатор PKM2 - аминокислота серин. Гормон щитовидной железы 3,3´, 5-трийоди-L-тиронин ( T3 ) связывается с мономерной формой PKM2 и препятствует ее ассоциации с тетрамерной формой.
В опухолевых клетках повышенная скорость производства лактата в присутствии кислорода называется эффектом Варбурга. Генетические манипуляции с раковыми клетками таким образом, чтобы они производили взрослую PKM1 вместо PKM2, обращают эффект Варбурга и снижают скорость роста этих модифицированных раковых клеток. Соответственно, котрансфекция клеток NIH 3T3 с помощью gag-A-Raf и мутанта PKM2 с мертвой киназой уменьшала количество колоний, тогда как котрансфекция с помощью gag-A-Raf и PKM2 дикого типа приводила к удвоению образования фокуса.
Было обнаружено, что димерная форма PKM2 проявляет протеинкиназную активность в опухолевых клетках. Он способен связываться и фосфорилировать гистон H3 хроматина в раковых клетках, тем самым играя роль в регуляции экспрессии генов. Эта модификация гистона H3 и связанное с этим участие в регуляции экспрессии генов могут быть причиной пролиферации опухолевых клеток.
Активность пируваткиназы PKM2 может быть усилена SAICAR (сукциниламиноимидазолкарбоксамид рибозо-5'-фосфат), промежуточным звеном в биосинтезе пуринов. В раковых клетках голодание по глюкозе приводит к повышению уровней SAICAR и последующей стимуляции активности пируваткиназы PKM2. Это позволяет завершить гликолитический путь производства пирувата и, следовательно, выжить в условиях депривации глюкозы. Кроме того, избыток SAICAR может изменять абсорбцию глюкозы и производство лактата в раковых клетках. Однако было показано, что связывание SAICAR также в достаточной степени стимулирует протеинкиназную активность PKM2 в опухолевых клетках. В свою очередь, комплекс SAICAR-PKM2 потенциально может фосфорилировать ряд других протеинкиназ, используя PEP в качестве донора фосфата. Многие из этих белков способствуют регуляции пролиферации раковых клеток. В частности, PKM2 может быть компонентом передачи сигналов митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK), которая связана с повышенной пролиферацией клеток при неправильном функционировании. Это обеспечивает потенциальную связь между активированным SAICAR PKM2 и ростом раковых клеток.
Две миссенс-мутации, H391Y и K422R, PKM2 были обнаружены в клетках пациентов с синдромом Блума, склонных к развитию рака. Результаты показывают, что, несмотря на наличие мутаций в межсубъединичном контактном домене, мутантные белки K422R и H391Y сохранили свою гомотетрамерную структуру, аналогичную белку дикого типа, но показали потерю активности на 75 и 20% соответственно. H391Y показал 6-кратное увеличение сродства к своему субстрату фосфоенолпирувата и вел себя как неаллостерический белок с нарушенным кооперативным связыванием. Однако у K422R сродство к фосфоенолпирувату значительно потеряно. В отличие от K422R, H391Y продемонстрировал повышенную термическую стабильность, стабильность в диапазоне значений pH, меньший эффект аллостерического ингибитора Phe и устойчивость к структурным изменениям при связывании активатора (фруктозо-1,6-бисфосфат) и ингибитора (Phe). Оба мутанта показали небольшой сдвиг оптимума pH с 7,4 до 7,0. Совместная экспрессия гомотетрамерного PKM2 дикого типа и мутанта PKM2 в клеточной среде, приводящая к взаимодействию между ними на уровне мономера, была дополнительно подтверждена экспериментами in vitro. Перекрестное мономерное взаимодействие значительно изменяет олигомерное состояние PKM2, способствуя димеризации и гетеротетрамеризации. Исследование in silico предоставило дополнительную поддержку, показав, что гетероолигомеризация была энергетически выгодной. Гетероолигомерные популяции PKM2 показали измененную активность и сродство, и их экспрессия привела к увеличению скорости роста Escherichia coli, а также клеток млекопитающих, наряду с увеличением скорости полиплоидии. Известно, что эти особенности важны для прогрессирования опухоли.
Кроме того, клетки, стабильно экспрессирующие экзогенный дикий или мутантный PKM2 (K422R или H391Y) или совместно экспрессирующие как дикий, так и мутантный (PKM2-K422R или PKM2-H391Y), оценивали на метаболизм рака и канцерогенный потенциал. Клетки, коэкспрессирующие PKM2 и мутантные (K422R или H391Y), показали значительно агрессивный метаболизм рака по сравнению с клетками, экспрессирующими либо дикую, либо мутантную PKM2 независимо. Аналогичная тенденция наблюдалась в отношении окислительной выносливости, канцерогенного потенциала, клеточной пролиферации и роста опухоли. Эти наблюдения указывают на доминирующий негативный характер этих мутаций. Примечательно, что коэкспрессирующие клетки PKM2-H391Y показали максимальное влияние на все изученные параметры. Такое доминирующее негативное нарушение функции PKM2 в развитии опухоли неизвестно; также впервые свидетельствует о возможной предрасположенности пациентов с BS с нарушенной активностью PKM2 к раку и о важности изучения генетических вариаций PKM2 в будущем для понимания их значимости при раке в целом.
Для раковых клеток характерно перепрограммирование энергетического обмена. За последнее десятилетие понимание метаболических изменений, которые происходят при раке, резко возросло, и существует большой интерес к нацеливанию на метаболизм для лечения рака. PKM2 играет ключевую роль в модуляции метаболизма глюкозы для поддержки пролиферации клеток. PKM2, как и другие изоформы PK, катализирует последний этап выработки энергии в гликолизе, но уникален по своей способности регулироваться. PKM2 регулируется на нескольких клеточных уровнях, включая экспрессию генов, альтернативный сплайсинг и посттрансляционную модификацию. Кроме того, PKM2 регулируется ключевыми промежуточными продуктами метаболизма и взаимодействует с более чем двадцатью различными белками. Следовательно, этот изофермент является важным регулятором гликолиза и дополнительными функциями в других новых ролях, которые недавно появились. Недавние данные показывают, что вмешательство в сложную регуляторную сеть PKM2 имеет серьезные последствия для пролиферации опухолевых клеток, указывая на потенциал этого фермента в качестве мишени для терапии опухолей.
Было обнаружено, что в дрожжевой двугибридной системе гонококковые белки Opa взаимодействуют с PKM2. Результаты предполагают, что прямое молекулярное взаимодействие с метаболическим ферментом хозяина PKM2 необходимо для приобретения пирувата, а также для роста и выживания гонококков.
Нажмите на гены, белки и метаболиты ниже, чтобы ссылки на соответствующие статьи.
[[Файл:
[[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] [[]] | alt = Гликолиз и глюконеогенез править ]] Гликолиз и глюконеогенез править 
