The Cyclic AMP Pathway

Syklinen adenosiini-3′,5′-monofosfaatti (cAMP) oli ensimmäinen tunnistettu toinen lähettiläs, ja sillä on perustavanlaatuinen rooli solujen vasteissa monille hormoneille ja välittäjäaineille (Sutherland ja Rall 1958). Solunsisäisiä cAMP-tasoja säädellään kahden entsyymin (ks. kuva 1), adenylyylisyklaasin (AC) ja syklisen nukleotidin fosfodiesteraasin (PDE), toiminnan välisellä tasapainolla. Näiden entsyymien eri isomuotoja koodaa suuri määrä geenejä, joiden ilmentymismallit ja säätelymekanismit eroavat toisistaan ja tuottavat solutyyppi- ja ärsykekohtaisia vasteita (McKnight 1991).

Näytä suurempi versio:

• Tässä ikkunassa
• Uudessa ikkunassa

• Lataa PowerPoint-diaesityksenä

Kuvio 1.

PKA:n säätely.

Useimmat AC:t (liukoisen bikarbonaatin säätelemät AC:t ovat poikkeus) aktivoituvat G-proteiiniin kytkeytyneistä reseptoreista (GPCR), kuten β-adrenoreseptorista, virtaussuuntaa myöten vuorovaikutuksessa Gs-proteiinin α-alayksikön (αs) kanssa. αs vapautuu heterotrimeerisistä αβγ G-proteiinikomplekseista agonististen ligandien sitouduttua GPCR:iin (esim, adrenaliini β-adrenoseptoreiden tapauksessa) ja sitoutuu AC:hen ja aktivoi sen. Myös βγ-alayksiköt voivat stimuloida joitakin AC-isoformeja. AC-aktivaation seurauksena syntyvä cAMP voi aktivoida useita efektoreja, joista parhaiten tutkittu on cAMP-riippuvainen proteiinikinaasi (PKA) (Pierce ym. 2002).

Vaihtoehtoisesti AC-aktiivisuutta voidaan estää ligandeilla, jotka stimuloivat Gi:hen kytkettyjä GPCR:iä ja/tai cAMP voidaan hajottaa PDE:n avulla. Itse asiassa sekä AC:tä että PDE:tä säätelevät positiivisesti ja negatiivisesti lukuisat muut signaalireitit (ks. kuva 2), kuten kalsiumsignalointi (kalmoduliinin , CamKII:n, CamKIV:n ja kalsineuriinin välityksellä ), muiden G-proteiinien alayksiköt (esim, αi-, αo- ja αq-proteiinit sekä joissakin tapauksissa βγ-alayksiköt), inositolipidit (PKC:n välityksellä) ja reseptorityrosiinikinaasit (ERK MAP-kinaasin ja PKB:n välityksellä) (Yoshimasa ym. 1987; Bruce ym. 2003; Goraya ja Cooper 2005). Ristiriita muiden reittien kanssa mahdollistaa signaalin voimakkuuden ja solutyyppispesifisyyden lisämodulaation, ja PKA:n itsensä antama feedforward-signalointi stimuloi PDE4:ää.

Näytä suurempi versio:

• Tässä ikkunassa
• Uudessa ikkunassa

• Lataa PowerPoint-diaesityksenä

Kuva 2. PKA:n ja PKA:n välinen yhteys.

CAMP/PKA-reitti.

CAMP:n päävaikuttajia on kolme: PKA, guaniininukleotidinvaihtotekijä (GEF) EPAC ja syklisten nukleotidien portoimat ionikanavat. Proteiinikinaasi (PKA), parhaiten tunnettu kohde, on symmetrinen kompleksi, joka koostuu kahdesta säätelevästä (R) alayksiköstä ja kahdesta katalyyttisestä (C) alayksiköstä (kummastakin alayksiköstä on useita isomuotoja). Se aktivoituu cAMP:n sitoutuessa kahteen paikkaan kummassakin R-alayksikössä, mikä aiheuttaa niiden dissosioitumisen C-alayksiköistä (Taylor ym. 1992). C-alayksikön katalyyttistä aktiivisuutta vähentää proteiinikinaasi-inhibiittori (PKI), joka voi toimia myös chaperonina ja edistää C-alayksikön ydinvientiä, mikä vähentää PKA:n ydintoimintoja. PKA-ankkurointiproteiinit (AKAP) tarjoavat spesifisyyttä cAMP-signaalin transduktiossa sijoittamalla PKA:n lähelle tiettyjä efektoreita ja substraatteja. Ne voivat myös kohdistaa sen tiettyihin subcellulaarisiin paikkoihin ja ankkuroida sen AC:iin (PKA:n välitöntä paikallista aktivaatiota varten) tai PDE:iin (paikallisten negatiivisten takaisinkytkentäsilmukoiden luomiseksi signaalin lopettamista varten) (Wong ja Scott 2004).

PKA:n substraateiksi on tunnistettu suuri määrä sytosolisia ja ydinproteiineja (Tasken ym. 1997). PKA fosforyloi lukuisia metabolisia entsyymejä, kuten glykogeenisyntaasia ja fosforylaasikinaasia, jotka estävät glykogeenisynteesiä ja edistävät vastaavasti glykogeenin hajoamista, sekä asetyylikoA-karboksylaasia, joka estää lipidisynteesiä. PKA säätelee myös muita signaalireittejä. Se esimerkiksi fosforyloi ja siten inaktivoi fosfolipaasi C:n (PLC) β2:n. Sitä vastoin se aktivoi MAP-kinaaseja; tässä tapauksessa PKA edistää inhiboivan tyrosiinifosfataasin (PTP) fosforylaatiota ja dissosioitumista. PKA vähentää myös Rafin ja Rhon toimintaa ja moduloi ionikanavien läpäisevyyttä. Lisäksi se säätelee erilaisten AC:iden ja PDE:iden ilmentymistä ja aktiivisuutta.

PKA:n suorittama transkription säätely tapahtuu pääasiassa transkriptiotekijöiden cAMP-vaste-elementtiä sitovan proteiinin (CREB), cAMP-vaste-modulaattorin (CREM) ja ATF1:n suoralla fosforylaatiolla. Fosforylaatio on ratkaisevan tärkeä tapahtuma, koska se mahdollistaa näiden proteiinien vuorovaikutuksen transkriptionaalisten koaktivaattoreiden CREB-sitovan proteiinin (CBP) ja p300:n kanssa, kun ne sitoutuvat kohdegeenien cAMP-vaste-elementteihin (CRE) (Mayr ja Montminy 2001). CREM-geeni koodaa myös voimakasta repressoria ICER, joka vaikuttaa negatiivisesti cAMP:n indusoimaan transkriptioon (Sassone-Corsi 1995). On kuitenkin huomattava, että kuva on monimutkaisempi, koska CREB, CREM ja ATF1 voivat kaikki olla monien eri kinaasien fosforyloimia, ja PKA voi vaikuttaa myös muiden transkriptiotekijöiden, kuten joidenkin ydinreseptorien, aktiivisuuteen.

AC:n toimintaa estävien tai PDE:n aktiivisuutta stimuloivien signaalien aiheuttaman negatiivisen säätelyn lisäksi PKA:n toimintaa tasapainottavat erityiset proteiinifosfataasit, kuten PP1 ja PP2A. PKA puolestaan voi säädellä fosfataasiaktiivisuutta negatiivisesti fosforyloimalla ja aktivoimalla spesifisiä PP1-inhibiittoreita, kuten I1 ja DARPP32. PKA:n edistämä fosforylaatio voi myös lisätä PP2A:n aktiivisuutta osana negatiivista palautemekanismia.

Toinen tärkeä cAMP:n vaikuttaja on EPAC, GEF, joka edistää tiettyjen pienten GTPaasien (esim. Rap1) aktivoitumista. Rap1:n tärkeä tehtävä on lisätä solujen adheesiota integriinireseptorien kautta (miten tämä tapahtuu, on epäselvää) (Bos 2003).

Viimeiseksi cAMP voi sitoutua syklisten nukleotidien portilla varustettujen ionikanavien perheeseen ja muokata niiden toimintaa. Nämä ovat suhteellisen epäselektiivisiä kationikanavia, jotka johtavat kalsiumia. Kalsium stimuloi CaM:ää ja CaM-riippuvaisia kinaaseja, jotka puolestaan moduloivat cAMP-tuotantoa säätelemällä AC:iden ja PDE:iden aktiivisuutta (Zaccolo ja Pozzan 2003). Kanavat ovat myös läpäiseviä natriumille ja kaliumille, jotka voivat muuttaa kalvopotentiaalia sähköisesti aktiivisissa soluissa.

• Copyright © 2012 Cold Spring Harbor Laboratory Press; kaikki oikeudet pidätetään