Ras опосередковані каскади серин/треонінових фосфорилювань. Рі-3-кінази
РІ-3-кіназау яка передає клітинам сигнали до виживання і росту. Фермент утворює інозитолфосфоліпідні сайти приєднання у плазматичній мембрані.
Позаклітинні сигнали стимулюють клітини до поділу, частково внаслідок активації шляху Ras –МАР-кіназа. Але якби клітини продовжували б ділитися без росту, вони ставали б все меншими і згодом зникли б. Тому, для проліферації клітини повинні стимулюватися не тільки до поділу, але й до росту (збільшення). У деяких випадках обидві функції виконує один сигнальний білок, в інших — один сигнальний білок (мітоген ) стимулює поділ, інший (фактор росту) — ріст клітин. В одному з основних сигнальних шляхів, що стимулює ріст клітин, задіяна фосфатидилінозитол-3-кіназа (РІ-3-кіназа). Принциповою відмінністю цієї кінази є те, що вона фосфорилює не білки, але інозитолові фосфоліпіди. Вона може активуватися рецепторними тирозинкіназами, а також багатьма іншими типами рецепторів клітинної поверхні, включно зі сполученими з G -білками.
Фосфатидилінозитол (РІ) унікальний серед мембранних ліпідів завдяки своїй здатності піддаватися оборотному фосфорилюванню по множинним сайтам з утворенням набору різних інозитолових фосфоліпідів. Активована РІ-3-кіназа каталізує фосфорилювання інозитолових фосфоліпідів по 3 позиції інозитолового кільця з утворенням ліпідів PI(3,4)P2 або РІ(3,4,5)Р3 (рис.26). PI(3,4)P2 і РІ(3,4,5)Р3 виконують роль сайтів приєднання для внутрішньоклітинних сигнальних білків, об'єднуючи їх у сигнальні комплекси, які передають сигнал у клітину з цитозольного боку плазматичної мембрани.
Рис. 25 – Утворення РІ-3-кіназою інозитолфосфоліпідних сайтів приєднання.
РІ-3-кіназа фосфорилює інозитолове кільце по 3 атому вуглецю, утворюючи показані знизу інозитолові фосфоліпіди. Два ліпіди, показані червоним, можуть виконувати роль сайтів приєднання для сигнальних білків із РН-доменами. Реакції фосфорилювання, показані зеленими стрілками, каталізуються іншими кіназами інозитолфосфоліпідів. Як обговорено раніше, фосфоліпаза С (РLC -< beta > або PLC -< gamma >) може розщеплювати PI(3,4)P2 з утворенням двох малих сигнальних молекул — диацилгліцеролу та інозитол-1,4,5-трифосфату (ІР3).
[1 - фосфатидилінозитол (РІ); 2 – РІ-4-фосфат [ PI(4)P]; 3 – РІ-4,5-біфосфат; [PI(4,5)P2]; 4 – диацилгліцерол; 5 – каталізуються РІ-3-кіназою; 6– РІ-3-фосфат [PI(3)P]; 7 – РІ-3,4-біфосфат [PI(3,4)P2]; 8
– РІ-3,4,5-трифосфат [PI(3,4,5)P3].
Важливо відрізняти цю функцію інозитолових фосфоліпідів від розглянутої нами вище. Раніше ми побачили, що РLC -< beta > (у випадку сполучених із G - білками рецепторів) або PLC -< gamma > (у випадку рецепторних тирозинкіназ) розщеплюють РІ(4,5)Р2 до
розчинного ІР3 і мембранозв'язаного диацилгліцеролу. ІР3 вивільняє Са2+ із ER, а диацилгліцерол активує РКС. Натомість, PI(3,4)P2 і РІ(3,4,5)Р3 не розщеплюються фосфоліпазами. Вони залишаються у плазматичній мембрані, поки їх не дефосфорилюють специфічні фосфатази інозитолових фосфоліпідів, які відщеплюють фосфат із 3 позиції інозитолового кільця. Мутації, які інактивують одну з таких фосфатаз (PTEN) і продовжують активність РІ-3-кінази, зумовлюють розвиток раку і зустрічаються у багатьох випадках раку у людини. Результатом цих мутацій є продовження тривалості життя клітин, а це означає, що функція передачі сигналів за допомогою РІ-3-кінази — забезпечення не тільки росту, але й виживання клітин.
Існують різні типи РІ-3-кіназ. Одна із них, яка активується рецепторними тирозинкіназами, складається з каталітичної і регуляторної субодиниць. Регуляторна субодиниця — це адапторний білок, який зв'язується з фосфотирозинами активованих рецепторних тирозинкіназ за допомогою SH2-доменів. Друга РІ-3-кіназа містить іншу регуляторну субодиницю і активується
<beta><gamma>-комплексом тримерного G -білка, активованого зв'язуванням ліганду із відповідним рецептором. Каталітична субодиниця, подібна в обох випадках, також містить сайт зв'язування для активованого Ras, який дозволяє останньому безпосередньо стимулювати РІ-3-кіназу.
Внутрішньоклітинні сигнальні білки зв'язуються з PI(3,4)P2 і РІ(3,4,5)Р3, утвореними активованою РІ-3-кіназою, в основному за допомогою плекстрин-гомологічного (РН) домену, вперше виявленого у тромбоцитарному білку плекстрині. РН-домени містять близько 200 людських білків, зокрема, Sos, GEF, який активує Ras і деякі нетипові РКСs, активація яких не залежить від Са2+. Важливість цих доменів яскраво показують певні генетичні імунодефіцитні захворювання у мишей і людини, у яких мутація інактивує РН-домен цитоплазматичної тирозинкінази ВТК. У нормі, коли рецептори антигенів на В-лімфоцитах (В-клітинах) активують РІ-3-кіназу, утворені інозитолліпідні сайти приєднання притягують до цитозольного боку плазматичної мембрани ВТК і PLC -< gamma >. Там ці два білки взаємодіють: ВТК фосфорилює і активує PLC-<gamma>, яка розщеплює РІ(4,5)Р2 до ІР3 і диацилгліцеролу, передаючи сигнал далі (рис. 25). Оскільки мутантна ВТК не може зв'язуватися з ліпідними
сайтами приєднання, утвореними після активації рецептора, рецептори В-клітин не можуть передати їм сигнали проліферації і виживання, спричиняючи важкий імунодефіцит в утворенні антитіл.