АКТ1 | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | |||||||
Символ | АКТ1 | ||||||
ген NCBI | 207 | ||||||
HGNC | 391 | ||||||
ОМИМ | 164730 | ||||||
РефСек | NM_005163 | ||||||
UniProt | Р31749 | ||||||
Другие данные | |||||||
Локус | Хр. 14 кв. 32.32-32.33 | ||||||
|
АКТ2 | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | |||||||
Символ | АКТ2 | ||||||
ген NCBI | 208 | ||||||
HGNC | 392 | ||||||
ОМИМ | 164731 | ||||||
РефСек | NM_001626 | ||||||
UniProt | Р31751 | ||||||
Другие данные | |||||||
Локус | Хр. 19 кв . 13.1-13.2 | ||||||
|
АКТ3 | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | |||||||
Символ | АКТ3 | ||||||
ген NCBI | 10000 | ||||||
HGNC | 393 | ||||||
ОМИМ | 611223 | ||||||
РефСек | NM_181690 | ||||||
UniProt | Q9Y243 | ||||||
Другие данные | |||||||
Локус | Хр. 1 кв. 43-44 | ||||||
|
Протеинкиназа B ( PKB ), также известная как Akt , — это общее название набора из трех серин/треонин-специфических протеинкиназ , которые играют ключевую роль во многих клеточных процессах, таких как метаболизм глюкозы , апоптоз , пролиферация клеток , транскрипция и миграция клеток .
Существует три различных гена, кодирующих изоформы протеинкиназы B. Эти три гена называются AKT1 , AKT2 и AKT3 и кодируют RAC альфа, бета и гамма серин/треонин протеинкиназы соответственно. Термины PKB и Akt могут относиться к продуктам всех трех генов вместе, но иногда используются для обозначения PKB альфа и Akt1 по отдельности. [ необходима цитата ]
Akt1 участвует в путях клеточного выживания, ингибируя процессы апоптоза . Akt1 также способен индуцировать пути синтеза белка и, следовательно, является ключевым сигнальным белком в клеточных путях, которые приводят к гипертрофии скелетных мышц и общему росту тканей. Мышиная модель с полной делецией гена Akt1 демонстрирует замедление роста и повышенный спонтанный апоптоз в таких тканях, как яички и тимус. [3] Поскольку он может блокировать апоптоз и тем самым способствовать выживанию клеток, Akt1 был вовлечен в качестве основного фактора во многих типах рака. [4] Akt1 также является положительным регулятором миграции клеток. [5] Akt1 был первоначально идентифицирован как онкоген в трансформирующем ретровирусе AKT8. [6]
Akt2 является важной сигнальной молекулой в сигнальном пути инсулина . Он необходим для индукции транспорта глюкозы. У мыши, у которой отсутствует Akt1, но нормален Akt2, гомеостаз глюкозы не нарушен, но животные меньше, что согласуется с ролью Akt1 в росте. Напротив, мыши, у которых нет Akt2, но есть нормальный Akt1, имеют умеренный дефицит роста и демонстрируют диабетический фенотип ( резистентность к инсулину ), что снова согласуется с идеей, что Akt2 более специфичен для сигнального пути рецептора инсулина . [7] Akt2 также способствует миграции клеток. [5] Роль Akt3 менее ясна, хотя, по-видимому, он преимущественно экспрессируется в мозге. Сообщалось, что у мышей, у которых отсутствует Akt3, маленький мозг. [8]
Изоформы Akt сверхэкспрессируются в различных опухолях человека и на геномном уровне усиливаются в аденокарциномах желудка (Akt1), яичников (Akt2), поджелудочной железы (Akt2) и молочной железы (Akt2). [9] [10]
Название Akt не относится к его функции. «Ak» в Akt относится к штамму мышей AKR, у которых развиваются спонтанные лимфомы тимуса. «t» означает « тимома »; буква была добавлена, когда трансформирующий ретровирус был выделен из штамма мышей Ak, который был назван «Akt-8». Авторы заявляют: «Штамм Stock A к мыши AKR, первоначально инбридинг в лаборатории доктора CP Rhoads KB Rhoads в Институте Рокфеллера». Когда был обнаружен онкоген, закодированный в этом вирусе, его назвали v-Akt. Таким образом, более недавно идентифицированные человеческие аналоги были названы соответственно. [11]
Akt1 участвует в пути PI3K/AKT/mTOR и других сигнальных путях. [5]
Белки Akt обладают белковым доменом , известным как домен PH или домен гомологии плекстрина , названный в честь белка плекстрина , в котором он был впервые обнаружен. Этот домен связывается с фосфоинозитидами с высоким сродством. В случае домена PH белков Akt он связывается либо с PIP 3 ( фосфатидилинозитол (3,4,5)-трифосфат , PtdIns(3,4,5) P 3 ), либо с PIP 2 ( фосфатидилинозитол (3,4)-бисфосфат , PtdIns(3,4) P 2 ). [12] Это полезно для контроля клеточной сигнализации, поскольку дифосфорилированный фосфоинозитид PIP 2 фосфорилируется только семейством ферментов PI 3-киназ ( фосфоинозитид 3-киназа или PI3-K) и только после получения химических мессенджеров, которые говорят клетке начать процесс роста. Например, PI 3-киназы могут активироваться рецептором, связанным с G-белком , или рецепторной тирозинкиназой, такой как инсулиновый рецептор . После активации PI 3-киназа фосфорилирует PIP 2 , образуя PIP 3 .
После правильного позиционирования на мембране посредством связывания PIP3 Akt может затем фосфорилироваться его активирующими киназами, фосфоинозитид-зависимой киназой-1 ( PDPK1 на треонине 308 в Akt1 и треонине 309 в Akt2) и мишенью млекопитающих комплекса рапамицина 2 ( mTORC2 на серине 473 (Akt1) и 474 (Akt2)), который обнаруживается в высоких уровнях в сытом состоянии, [13] [14] сначала mTORC2. Таким образом, mTORC2 функционально действует как долгожданная молекула PDK2, хотя другие молекулы, включая интегрин-связанную киназу (ILK) и митоген-активируемую протеинкиназу-2 ( MAPKAPK2 ), также могут служить PDK2. Фосфорилирование mTORC2 стимулирует последующее фосфорилирование изоформ Akt PDPK1.
Активированные изоформы Akt затем могут продолжать активировать или дезактивировать свои многочисленные субстраты (например, mTOR ) посредством своей киназной активности.
Помимо того, что они являются эффекторами PI 3-киназ, изоформы Akt также могут активироваться независимо от PI 3-киназы. [15] ACK1 или TNK2 , нерецепторная тирозинкиназа, фосфорилирует Akt по остатку тирозина 176, что приводит к его активации независимо от PI 3-киназы. [15] Исследования показали, что агенты, повышающие уровень цАМФ , также могут активировать Akt через протеинкиназу А (PKA) в присутствии инсулина. [16]
Akt может быть O -GlcNAcylated с помощью OGT . O -GlcNAcylation Akt связан с уменьшением фосфорилирования T308. [17]
Akt1 обычно фосфорилируется в позиции T450 в мотиве turn, когда Akt1 транслируется. Если Akt1 не фосфорилируется в этой позиции, Akt1 не сворачивается правильным образом. Нефосфорилированный T450 неправильно свернутый Akt1 убиквитинируется и разрушается протеасомой . Akt1 также фосфорилируется в T308 и S473 во время ответа IGF-1 , и полученный полифосфорилированный Akt частично убиквитинируется лигазой E3 NEDD4 . Большая часть убиквитинированного-фосфорилированного-Akt1 разрушается протеасомой, в то время как небольшое количество фосфорилированного-Akt1 транслоцируется в ядро зависимым от убиквитинирования способом для фосфорилирования своего субстрата. Мутант Akt1 (E17K), полученный от рака, легче убиквитинируется и фосфорилируется, чем Akt1 дикого типа. Убиквитинированный-фосфорилированный-Akt1 (E17K) более эффективно транслоцируется в ядро, чем Akt1 дикого типа. Этот механизм может способствовать раку, вызванному E17K-Akt1 у людей. [18]
Активация Akt1, зависящая от PI3K, может регулироваться через супрессор опухолей PTEN , который по сути работает как противоположность PI3K, упомянутому выше. [19] PTEN действует как фосфатаза , дефосфорилируя PIP3 обратно в PIP2 . Это удаляет фактор локализации мембраны из сигнального пути Akt . Без этой локализации скорость активации Akt1 значительно снижается, как и все последующие пути, которые зависят от Akt1 для активации.
PIP3 также может быть дефосфорилирован в положении "5" семейством SHIP инозитолфосфатаз, SHIP1 и SHIP2 . Эти полифосфатные инозитолфосфатазы дефосфорилируют PIP3, образуя PIP2 .
Было показано, что фосфатазы семейства PHLPP , PHLPP1 и PHLPP2, напрямую дефосфорилируют и, следовательно, инактивируют различные изоформы Akt. PHLPP2 дефосфорилирует Akt1 и Akt3, тогда как PHLPP1 специфичен для Akt2 и Akt3. [ необходима цитата ]
Киназы Akt регулируют клеточное выживание [20] и метаболизм путем связывания и регулирования многих нижестоящих эффекторов, например, ядерного фактора κB , белков семейства Bcl-2, главного лизосомального регулятора TFEB и мышиного двойного минутного белка 2 ( MDM2 ).
Киназы Akt могут способствовать выживанию клеток, опосредованному факторами роста, как напрямую, так и косвенно. BAD является проапоптотическим белком семейства Bcl-2 . Akt1 может фосфорилировать BAD на Ser136, [21] что заставляет BAD диссоциировать от комплекса Bcl-2/Bcl-X и терять проапоптотическую функцию. [22] Akt1 также может активировать NF-κB посредством регуляции киназы IκB (IKK), что приводит к транскрипции генов, способствующих выживанию. [23]
Известно, что изоформы Akt играют роль в клеточном цикле . При различных обстоятельствах было показано, что активация Akt1 преодолевает остановку клеточного цикла в фазах G1 [24] и G2 [25] . Более того, активированный Akt1 может способствовать пролиферации и выживанию клеток, которые подверглись потенциально мутагенному воздействию и, следовательно, могут способствовать приобретению мутаций в других генах.
Akt2 необходим для инсулин-индуцированной транслокации переносчика глюкозы 4 ( GLUT4 ) в плазматическую мембрану . Гликогенсинтазная киназа 3 ( GSK-3 ) может быть ингибирована при фосфорилировании Akt, что приводит к увеличению синтеза гликогена. GSK3 также участвует в каскаде сигналов Wnt , поэтому Akt также может быть вовлечен в путь Wnt. Его роль в гепатозе , вызванном вирусом гепатита С, неизвестна. [ необходима цитата ]
Akt1 регулирует TFEB , главный регулятор лизосомального биогенеза, [26] путем прямого фосфорилирования по серину 467. [27] Фосфорилированный TFEB исключается из ядра и становится менее активным. [27] Фармакологическое ингибирование Akt способствует ядерной транслокации TFEB , лизосомальному биогенезу и аутофагии. [27]
Akt1 также участвует в ангиогенезе и развитии опухолей. Хотя дефицит Akt1 у мышей подавлял физиологический ангиогенез, он усиливал патологический ангиогенез и рост опухолей, связанный с аномалиями матрикса в коже и кровеносных сосудах. [28] [29]
Белки Akt связаны с выживаемостью, пролиферацией и инвазивностью опухолевых клеток. Активация Akt также является одним из наиболее частых изменений, наблюдаемых в раковых и опухолевых клетках человека. Опухолевые клетки, которые имеют постоянно активный Akt, могут зависеть от Akt для выживания. [30] Поэтому понимание белков Akt и их путей важно для создания лучших методов лечения рака и опухолевых клеток. Мозаичная активирующая мутация (c. 49G→A, p.Glu17Lys) в Akt1 связана с синдромом Протея , который вызывает избыточный рост кожи, соединительной ткани, мозга и других тканей. [31]
Ингибиторы Akt могут лечить такие виды рака, как нейробластома . Некоторые ингибиторы Akt прошли клинические испытания. В 2007 году VQD-002 прошел фазу I испытаний. [32] В 2010 году перифосин достиг фазы II испытаний. [33] но в 2012 году он не прошел фазу III испытаний.
Милтефозин одобрен для лечения лейшманиоза и изучается для применения при других показаниях, включая ВИЧ.
Akt1 теперь считается «ключом» для проникновения в клетку вирусов герпеса HSV-1 и HSV-2 (герпесвирус орального и генитального герпеса соответственно). Внутриклеточное высвобождение кальция клеткой позволяет вирусу герпеса проникнуть в клетку; вирус активирует Akt1, что в свою очередь вызывает высвобождение кальция. Обработка клеток ингибиторами Akt до воздействия вируса приводит к значительно более низкому уровню инфицирования. [34]
Результаты исследования MK-2206 на первой фазе для лечения солидных опухолей были опубликованы в 2011 году [35] , а затем препарат прошел многочисленные исследования второй фазы для самых разных типов рака. [36]
В 2013 году AZD5363 сообщил о результатах фазы I относительно солидных опухолей. [37] Исследование AZD5363 с олапарибом было опубликовано в 2016 году. [38]
Ипатасертиб проходит II фазу испытаний по лечению рака молочной железы. [39]
Активация изоформы Akt связана со многими злокачественными новообразованиями; однако исследовательская группа из Массачусетской больницы общего профиля и Гарвардского университета неожиданно обнаружила обратную роль Akt и одного из его нижестоящих эффекторных FOXO при остром миелоидном лейкозе (ОМЛ). Они утверждали, что низкие уровни активности Akt, связанные с повышенными уровнями FOXO, необходимы для поддержания функции и незрелого состояния клеток, инициирующих лейкемию (LIC). FOXO активны, что подразумевает сниженную активность Akt, в ~40% образцов пациентов с ОМЛ независимо от генетического подтипа; и либо активация Akt, либо сложная делеция FoxO1/3/4 снижали рост лейкозных клеток в мышиной модели. [40]
Два исследования показывают, что Akt1 участвует в опухолях ювенильных гранулезных клеток (JGCT). Внутрирамочные дупликации в домене плекстрин-гомологии (PHD) белка были обнаружены в более чем 60% JGCT, возникающих у девочек в возрасте до 15 лет. JGCT без дупликаций несли точечные мутации, влияющие на высококонсервативные остатки. Мутировавшие белки, несущие дупликации, демонстрировали недикое субклеточное распределение с заметным обогащением на плазматической мембране. Это привело к поразительной степени активации Akt1, продемонстрированной сильным уровнем фосфорилирования и подтвержденной репортерными анализами. [41]
Анализ с помощью РНК-секвенирования выявил ряд дифференциально экспрессируемых генов, вовлеченных в сигнализацию цитокинов и гормонов и процессы, связанные с делением клеток. Дальнейшие анализы указали на возможный процесс дедифференциации и предположили, что большинство транскриптомных дисрегуляций могут быть опосредованы ограниченным набором факторов транскрипции, нарушенных активацией Akt1. Эти результаты указывают на соматические мутации Akt1 как на основные, вероятно, движущие события в патогенезе JGCTs. [42]