Phosphoinositid-abhängige Kinase 1:Hauptregler des Wachstums

Mehrzellige Organismen sind sowohl auf interzelluläre als auch auf intrazelluläre Signalübertragung angewiesen, um angemessen auf Veränderungen in ihrer Umwelt zu reagieren. Wachstumsfaktoren und Hormone, die im Blut zirkulieren, binden an Rezeptoren an der Zelloberfläche, um ihnen mitzuteilen, wie sie auf bestimmte Signale zu reagieren haben. Insulin ist eines dieser Signale: Bei erhöhtem Blutzuckerspiegel während der Nahrungsverdauung wird es von der Bauchspeicheldrüse freigesetzt und bindet an Rezeptoren auf der Oberfläche von Muskel- und Leberzellen, wodurch eine Kaskade biochemischer Reaktionen ausgelöst wird. Diese führt zur Aufnahme von Glukose aus dem Blut und ihrer Speicherung als Glykogen oder Fett. Ein Schlüsselelement in dieser Reaktionskaskade ist ein Enzym namens Phosphoinositid-abhängige Kinase 1 (PDK1). Ohne PDK1 sind Mäuse nicht lebensfähig. Bei reduzierten PDK1-Spiegeln sind die Mäuse kleiner und weisen eine gestörte Glukosetoleranz auf. PDK1 ist eine Proteinkinase - ein Enzym, das Phosphat aus der Energiequelle der Zelle, ATP, auf andere Proteine überträgt. Damit trägts sie dazu bei, das Signal von Insulin an der Zelloberfläche ins Inneren der Zelle zu übertragen, wo Effektorproteine die Aufnahme und Speicherung von Glukose fördern. Wir haben kürzlich gezeigt, dass PDK1 akut durch ein Membranlipid namens PIP3 reguliert wird, das als Reaktion auf die Bindung von Insulin an seinen Rezeptor gebildet wird. Der genaue Mechanismus, durch den PDK1 an der Zellmembran durch PIP3 aktiviert wird, ist jedoch nicht bekannt. Ein wichtiger Schritt ist jedoch seine Autoaktivierung durch eine biochemische Reaktion, die als Trans-Autophosphorylierung bezeichnet wird. Bei dieser Reaktion phosphorylieren sich zwei PDK1-Moleküle gegenseitig, um die nachgeschaltete Signalübertragung zu steuern. In diesem Projekt werden hochauflösende strukturbiologische Techniken mit Membran- und Proteinbiochemie kombiniert, um zu klären, wie PDK1 durch PIP3 aktiviert wird und wie es umgekehrt in Abwesenheit von Insulin in einem inaktiven Zustand gehalten wird. Wir erwarten, wichtige Details der Autophosphorylierungsreaktion zu verstehen, die bei etwa 20 % der rund 500 menschlichen Proteinkinasen vorkommt und deren Mechanismus nicht vollständig geklärt ist. Der Signalweg, in den PDK1 eingebettet ist, ist bei den meisten menschlichen Krebsarten hyperaktiviert, so dass die Hemmung von PDK1 sowie der vor- und nachgeschalteten Komponenten des Weges ein wichtiges Objekt der klinischen Arzneimittelentwicklung ist. Es wird erwartet, dass dieses Projekt Licht auf die inaktive Konformation von PDK1 werfen wird, was möglicherweise zu neuen Ansatzpunkten für therapeutische Interventionen führen wird. Darüber hinaus wurde 23 Kinasen identifiziert, die von PDK1 aktiviert werden und so die zelluläre Informationen in einer Vielzahl von Signalwegen weiterleiten - Beobachtungen, die PDK1 den Beinamen "Master-Kinase" eingebracht haben. Es ist daher zu erwarten, dass diese Arbeit auch das Verständnis der Regulierung vieler physiologischen Prozesse in der Zelle vertiefen wird, von denen berichtet wurde, dass sie von PDK1 abhängen.