Войти
Каталитическая субъединица α из протеинкиназы А является ключевым регуляторным ферментом, который в организме человека кодируется PRKACA ген. Этот фермент отвечает за фосфорилирование других белков и субстратов, изменяя их активность. Каталитическая субъединица протеинкиназы A (PKA Cα) является членом семейства киназ AGC (протеинкиназы A, G и C ) и способствует контролю клеточных процессов, включая метаболизм глюкозы, деление клеток и контекстную память. PKA Cα является частью более крупного белкового комплекса, который отвечает за контроль того, когда и где белки фосфорилируются. Нарушение регуляции активности холофермента PKA было связано с прогрессированием сердечно-сосудистых заболеваний, некоторых эндокринных нарушений и рака.
Эдмонд Х. Фишер и Эдвин Г. Кребс из Вашингтонского университета открыли PKA в конце 1950-х, работая над механизмами, регулирующими гликогенфосфорилазу. Они поняли, что ключевой метаболический фермент, называемый киназой фосфорилазы, активируется другой киназой, которая зависит от вторичного мессенджера циклического АМФ (цАМФ). Они назвали этот новый фермент цАМФ-зависимой протеинкиназой и приступили к очистке и описанию этого нового фермента. Фишер и Кребс получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1992 году за это открытие и их продолжающуюся работу над киназами и их аналогами, протеинфосфатазами. Сегодня эту цАМФ-зависимую протеинкиназу проще обозначить как ПКА.
Другое ключевое событие в истории PKA произошло, когда Сьюзан Тейлор и Януш Совадски из Калифорнийского университета в Сан-Диего решили трехмерную структуру каталитической субъединицы фермента. Было также установлено, что внутри клеток каталитические субъединицы PKA находятся в комплексе с регуляторными субъединицами и белками-ингибиторами, которые блокируют активность фермента. Дополнительный аспект действия PKA, который был впервые предложен Джоном Скоттом из Вашингтонского университета и Кьетилом Таскеном из Университета Осло, заключается в том, что фермент привязан внутри клетки через его связь с семейством белков, заякоренных в А-киназе (AKAP).. Это привело к гипотезе о том, что субклеточная локализация заякоренной PKA контролирует, какие белки регулируются киназой.
Две изоформы PRKACA экспрессируются в большинстве тканей. Cα1 отличается от Cα2 только первыми 15 аминокислотами. Изоформа Cα1 присутствует в большинстве типов тканей человека, тогда как изоформа Cα2 обнаруживается в основном в сперматозоидах. PRKACA обнаруживается на 19 хромосоме у человека. Есть два хорошо описанных транскрипта этого гена, возникающих в результате альтернативных событий сплайсинга. Наиболее распространенная форма, называемая Cα1, экспрессируется в тканях человека. Другой транскрипт, названный Cα2, обнаруживается в основном в сперматозоидах и отличается от Cα1 только первыми 15 аминокислотами.
Кроме того, существуют две другие изоформы каталитической субъединицы PKA, называемые Cβ и Cγ, возникающие из разных генов, но выполняющие функции, аналогичные Cα. Cβ в большом количестве обнаруживается в головном мозге и на более низких уровнях в других тканях, тогда как Cγ, скорее всего, экспрессируется в яичках.
Неактивная PKA существует в виде тетрамера, состоящего из димера регуляторной (R) субъединицы и двух каталитических (C) субъединиц. Этот холоферментный комплекс PKA связан с клеточными мембранами и органеллами посредством ассоциации с белками, заякоренными в А-киназе (AKAP). Добавление цАМФ вызывает конформационное изменение закрепленных субъединиц R, которое высвобождает субъединицы C для фосфорилирования нижележащих субстратов. Неактивный холофермент PKA существует в виде тетрамера, состоящего из двух регуляторных (R) субъединиц и двух каталитических (C) субъединиц. Биохимические исследования показали, что существует два типа субъединиц R. Субъединицы IR типа, две изоформы которых (RIα и RIβ), связываются с каталитическими субъединицами с образованием холофермента PKA типа I. Подобным образом субъединицы R типа II, из которых существует две изоформы (RIIα и RIIβ), создают холофермент PKA типа II. В присутствии цАМФ каждая субъединица R связывает 2 молекулы цАМФ и вызывает конформационное изменение субъединиц R, которое высвобождает субъединицы С для фосфорилирования нижележащих субстратов. Различные субъединицы R различаются по своей чувствительности к цАМФ, уровням экспрессии и субклеточному расположению. Заякоренные белки A-киназы (AKAP) связывают поверхность, образованную между обеими R-субъединицами, и направляют киназу в различные места в клетке. Это оптимизирует, где и когда сотовая связь происходит внутри ячейки.
Протеинкиназа А участвует в ряде заболеваний, включая сердечно-сосудистые заболевания, опухоли коры надпочечников и рак. Было высказано предположение, что аномально высокий уровень фосфорилирования PKA способствует сердечным заболеваниям. Это влияет на связь возбуждения и сокращения, которая представляет собой ритмический процесс, который контролирует сокращение сердечной мышцы за счет синхронизированных действий ферментов, реагирующих на кальций и цАМФ. Имеются также данные, подтверждающие, что неправильная локализация передачи сигналов PKA способствует сердечным аритмиям, особенно синдрому удлиненного интервала QT. Это приводит к нерегулярному сердцебиению, которое может вызвать внезапную смерть.
Мутации в гене PRKACA, которые способствуют аномальной активности ферментов, были связаны с заболеванием надпочечников. У пациентов с синдромом Кушинга было обнаружено несколько мутаций в PRKACA, которые приводят к увеличению способности PKA широко фосфорилировать другие белки. Одна мутация в гене PRKACA, которая вызывает аминокислотную замену лейцина на аргинин в положении 206, была обнаружена более чем у 60% пациентов с опухолями коры надпочечников. Другие мутации и генетические изменения в гене PRKACA были идентифицированы в адренокортикальных аденомах, которые также нарушают передачу сигналов PKA, что приводит к аберрантному фосфорилированию PKA. Ген Cα также был инкриминирован при различных формах рака, включая рак толстой кишки, почек, прямой кишки, простаты, легких, груди, надпочечников и лимфомы.
В последнее время наблюдается растущий интерес к фиброламеллярной гепатоцеллюлярной карциноме. Молекулярной основой этой редкой формы рака печени, поражающей молодых людей, является генетическая делеция на хромосоме 19. Потеря ДНК была обнаружена у очень большого процента пациентов. Следствием этой делеции является ненормальное слияние двух генов - DNAJB1, который является геном, кодирующим белок теплового шока 40 (Hsp40), и PRKACA. Дальнейшие анализы тканей фиброламеллярной гепатоцеллюлярной карциномы показывают увеличение уровней этого слитого белка DNAJ-PKAc. Это согласуется с гипотезой о том, что повышенная киназа в тканях печени может инициировать или поддерживать эту редкую форму рака печени. Учитывая обилие информации о трехмерных структурах DNAJ и PKA Cα, есть некоторая надежда на то, что могут быть разработаны новые лекарственные препараты, нацеленные на эту атипичную и потенциально канцерогенную киназу слияния.
Биологический портал 
