The Cyclic AMP Pathway

Cyklický adenosin 3′,5′-monofosfát (cAMP) byl prvním identifikovaným druhým poslem a hraje zásadní roli v buněčných reakcích na mnoho hormonů a neurotransmiterů (Sutherland a Rall 1958). Intracelulární hladiny cAMP jsou regulovány rovnováhou mezi aktivitami dvou enzymů (viz obr. 1): adenylylcyklázy (AC) a cyklické nukleotidfosfodiesterázy (PDE). Různé izoformy těchto enzymů jsou kódovány velkým počtem genů, které se liší svými expresními vzorci a mechanismy regulace, což vytváří odpovědi specifické pro daný buněčný typ a podnět (McKnight 1991).

Zobrazit větší verzi:

• V tomto okně
• V novém okně

• Stáhnout jako prezentaci PowerPoint

Obrázek č. 1.

Regulace PKA.

Většina AC (výjimkou jsou rozpustné AC regulované bikarbonátem) se aktivuje za receptory spřaženými s G-proteinem (GPCR), jako je adrenoceptor β, interakcí s podjednotkou α proteinu Gs (αs). αs se uvolňuje z heterotrimerních αβγ G-proteinových komplexů po vazbě agonistických ligandů na GPCR (např, epinefrinu v případě β adrenoceptorů) a váže se na AC a aktivuje jej. Podjednotky βγ mohou také stimulovat některé izoformy AC. cAMP vznikající v důsledku aktivace AC může aktivovat několik efektorů, z nichž nejlépe prozkoumaný je cAMP-dependentní proteinkináza (PKA) (Pierce et al. 2002).

Alternativně může být aktivita AC inhibována ligandy, které stimulují GPCR spřažené s Gi a/nebo cAMP může být degradován PDE. AC i PDE jsou totiž pozitivně i negativně regulovány řadou dalších signálních drah (viz obr. 2), jako je signalizace vápníkem (prostřednictvím kalmodulinu , CamKII, CamKIV a kalcineurinu ), podjednotkami jiných G proteinů (např, αi, αo a αq proteiny a v některých případech podjednotky βγ), inositolové lipidy (prostřednictvím PKC) a receptorové tyrozinkinázy (prostřednictvím MAP kinázy ERK a PKB) (Yoshimasa et al. 1987; Bruce et al. 2003; Goraya a Cooper 2005). Vzájemné působení s dalšími drahami zajišťuje další modulaci síly signálu a specifičnosti buněčného typu a zpětnovazební signalizace samotnou PKA stimuluje PDE4.

Zobrazit větší verzi:

• V tomto okně
• V novém okně

• Stáhnout jako prezentaci PowerPoint

Obrázek 2. Způsoby, jakými se PKA projevuje, se liší.

Dráha cAMP/PKA.

Existují tři hlavní efektory cAMP: PKA, guanin-nukleotidový výměnný faktor (GEF) EPAC a cyklickými nukleotidy řízené iontové kanály. Proteinkináza (PKA), nejlépe pochopený cíl, je symetrický komplex dvou regulačních (R) podjednotek a dvou katalytických (C) podjednotek (existuje několik izoforem obou podjednotek). Aktivuje se vazbou cAMP na dvě místa na každé z podjednotek R, což způsobí jejich disociaci od podjednotek C (Taylor et al. 1992). Katalytickou aktivitu podjednotky C snižuje inhibitor proteinkinázy (PKI), který může působit také jako chaperon a podporovat jaderný export podjednotky C, čímž snižuje jaderné funkce PKA. Proteiny kotvící PKA (AKAP) zajišťují specifičnost při transdukci cAMP signálu tím, že umisťují PKA do blízkosti specifických efektorů a substrátů. Mohou ji také nasměrovat do konkrétních subcelulárních míst a ukotvit ji k AC (pro okamžitou lokální aktivaci PKA) nebo PDE (pro vytvoření lokálních smyček negativní zpětné vazby pro ukončení signálu) (Wong a Scott 2004).

Jako substráty pro PKA bylo identifikováno velké množství cytosolických a jaderných proteinů (Tasken et al. 1997). PKA fosforyluje řadu metabolických enzymů, včetně glykogen syntázy a fosforylázové kinázy, které inhibují syntézu glykogenu, respektive podporují jeho odbourávání, a acetyl CoA karboxylázy, která inhibuje syntézu lipidů. PKA reguluje také další signální dráhy. Například fosforyluje, a tím inaktivuje fosfolipázu C (PLC) β2. Naproti tomu aktivuje MAP kinázy; v tomto případě PKA podporuje fosforylaci a disociaci inhibiční tyrozinfosfatázy (PTP). PKA také snižuje aktivitu Raf a Rho a moduluje propustnost iontových kanálů. Kromě toho reguluje expresi a aktivitu různých AC a PDE.

Regulace transkripce pomocí PKA probíhá především přímou fosforylací transkripčních faktorů cAMP-response element-binding protein (CREB), cAMP-response modulátor (CREM) a ATF1. Fosforylace je klíčovou událostí, protože umožňuje těmto proteinům interagovat s transkripčními koaktivátory CREB-vazebným proteinem (CBP) a p300, když jsou navázány na elementy cAMP-odpovědi (CRE) v cílových genech (Mayr a Montminy 2001). Gen CREM také kóduje silný represor ICER, který negativně zpětně ovlivňuje cAMP indukovanou transkripci (Sassone-Corsi 1995). Všimněte si však, že obraz je složitější, protože CREB, CREM a ATF1 mohou být fosforylovány mnoha různými kinázami a PKA může ovlivňovat i aktivitu dalších transkripčních faktorů, včetně některých jaderných receptorů.

Kromě negativní regulace signály, které inhibují AC nebo stimulují aktivitu PDE, je působení PKA vyvažováno specifickými proteinovými fosfatázami, včetně PP1 a PP2A. PKA zase může negativně regulovat aktivitu fosfatáz fosforylací a aktivací specifických inhibitorů PP1, jako jsou I1 a DARPP32. Fosforylace podporovaná PKA může také zvýšit aktivitu PP2A jako součást mechanismu negativní zpětné vazby.

Dalším důležitým efektorem pro cAMP je EPAC, GEF, který podporuje aktivaci některých malých GTPáz (např. Rap1). Hlavní funkcí Rap1 je zvýšení buněčné adheze prostřednictvím integrinových receptorů (jak k tomu dochází, není jasné) (Bos 2003).

Nakonec se cAMP může vázat na rodinu iontových kanálů řízených cyklickými nukleotidy a modulovat jejich funkci. Jedná se o relativně neselektivní kationtové kanály, které vedou vápník. Vápník stimuluje CaM a CaM-dependentní kinázy a následně moduluje produkci cAMP regulací aktivity AC a PDE (Zaccolo a Pozzan 2003). Kanály jsou také propustné pro sodík a draslík, které mohou měnit membránový potenciál v elektricky aktivních buňkách.

• Copyright © 2012 Cold Spring Harbor Laboratory Press; všechna práva vyhrazena