The Cyclic AMP Pathway

A ciklikus adenozin-3′,5′-monofoszfát (cAMP) volt az első azonosított második hírvivő, amely alapvető szerepet játszik számos hormonra és neurotranszmitterre adott sejtválaszban (Sutherland és Rall 1958). A cAMP intracelluláris szintjét két enzim aktivitása közötti egyensúly szabályozza (lásd az 1. ábrát): az adenil-cikláz (AC) és a ciklikus nukleotid-foszfodiészteráz (PDE). Ezen enzimek különböző izoformáit nagyszámú gén kódolja, amelyek expressziós mintázatukban és szabályozási mechanizmusaikban különböznek, sejttípus- és inger-specifikus válaszokat generálva (McKnight 1991).

A legtöbb AC (az oldható bikarbonát-szabályozott AC-k a kivétel) a G-fehérje-kapcsolt receptorok (GPCR), mint például a β adrenoceptor után a Gs fehérje α alegységével (αs) való kölcsönhatás révén aktiválódik. Az αs a heterotrimer αβγ G-fehérje-komplexekből szabadul fel az agonista ligandumok GPCR-ekhez való kötődését követően (pl, epinefrin a β adrenoceptorok esetében), és az AC-hez kötődik és aktiválja azt. A βγ alegységek is képesek stimulálni egyes AC izoformákat. Az AC aktiváció következtében keletkező cAMP számos effektor aktiválására képes, amelyek közül a legjobban tanulmányozott a cAMP-függő protein kináz (PKA) (Pierce és mtsai. 2002).

Alternatívaként az AC aktivitását gátolhatják olyan ligandumok, amelyek a Gi-hez kapcsolt GPCR-eket stimulálják és/vagy a cAMP-ot PDE-k lebonthatják. Valójában mind az AC-ket, mind a PDE-ket számos más jelátviteli útvonal szabályozza pozitívan és negatívan (lásd a 2. ábrát), mint például a kalcium jelátvitel (kalmodulin , CamKII, CamKIV és kalcineurin révén ), más G fehérjék alegységei (pl., αi, αo és αq fehérjék, valamint egyes esetekben a βγ alegységek), inozitol-lipidek (a PKC által) és receptor-tirozinkinázok (az ERK MAP-kinázon és a PKB-n keresztül) (Yoshimasa és mtsai. 1987; Bruce és mtsai. 2003; Goraya és Cooper 2005). A más útvonalakkal való keresztbeszélgetés biztosítja a jel erősségének és sejttípus-specifikusságának további modulációját, és maga a PKA általi feedforward jelátvitel serkenti a PDE4-et.

A cAMP-nak három fő effektorja van: A PKA, a guanin-nukleotid-cserélő faktor (GEF) EPAC és a ciklikus nukleotid-vezérelt ioncsatornák. A proteinkináz (PKA), a legjobban ismert célpont, egy szimmetrikus komplex, amely két szabályozó (R) alegységből és két katalitikus (C) alegységből áll (mindkét alegységnek több izoformája létezik). Aktiválódik a cAMP kötődésével az R alegységek két helyére, ami a C alegységektől való disszociációjukat okozza (Taylor és mtsai. 1992). A C alegység katalitikus aktivitását csökkenti a protein kináz inhibitor (PKI), amely chaperonként is működhet, és elősegítheti a C alegység nukleáris exportját, ezáltal csökkentve a PKA nukleáris funkcióit. A PKA-horgonyzó fehérjék (AKAP-ok) specifitást biztosítanak a cAMP jelátvitelben azáltal, hogy a PKA-t specifikus effektorok és szubsztrátok közelébe helyezik. Emellett meghatározott szubcelluláris helyekre irányíthatják, és lehorgonyozhatják az AC-khez (a PKA azonnali helyi aktiválásához) vagy a PDE-khez (a jel megszüntetéséhez szükséges helyi negatív visszacsatolási hurok létrehozásához) (Wong és Scott 2004).

A PKA szubsztrátjaként számos citoszolikus és nukleáris fehérjét azonosítottak (Tasken és mtsai. 1997). A PKA számos metabolikus enzimet foszforilál, köztük a glikogénszintázt és a foszforiláz-kinázt, amelyek gátolják a glikogénszintézist, illetve elősegítik a glikogén lebontását, valamint az acetil-CoA-karboxilázt, amely gátolja a lipidszintézist. A PKA más jelátviteli útvonalakat is szabályoz. Például foszforilálja és ezáltal inaktiválja a foszfolipáz C (PLC) β2-t. Ezzel szemben aktiválja a MAP-kinázokat; ebben az esetben a PKA elősegíti egy gátló tirozin-foszfatáz (PTP) foszforilációját és disszociációját. A PKA csökkenti a Raf és a Rho aktivitását is, és modulálja az ioncsatornák permeabilitását. Ezenkívül szabályozza a különböző AC-k és PDE-k expresszióját és aktivitását.

A transzkripció PKA általi szabályozása elsősorban a cAMP-reagáló elemkötő fehérje (CREB), a cAMP-reagáló modulátor (CREM) és az ATF1 transzkripciós faktorok közvetlen foszforilációjával valósul meg. A foszforiláció döntő fontosságú esemény, mivel lehetővé teszi, hogy ezek a fehérjék a célgének cAMP-reagáló elemeihez (CRE) kötődve kölcsönhatásba lépjenek a transzkripciós koaktivátorokkal, a CREB-kötő fehérjével (CBP) és a p300-zal (Mayr és Montminy 2001). A CREM gén kódolja az erős represszort, az ICER-t is, amely negatívan visszahat a cAMP-indukált transzkripcióra (Sassone-Corsi 1995). Megjegyzendő azonban, hogy a kép ennél összetettebb, mivel a CREB-t, a CREM-et és az ATF1-et számos különböző kináz foszforilálhatja, és a PKA más transzkripciós faktorok, köztük egyes nukleáris receptorok aktivitását is befolyásolhatja.

Az AC-t gátló vagy a PDE-aktivitást serkentő jelek általi negatív szabályozás mellett a PKA hatását specifikus fehérjefoszfatázok, köztük a PP1 és a PP2A is ellensúlyozzák. A PKA viszont negatívan szabályozhatja a foszfatáz aktivitást specifikus PP1 inhibitorok, például az I1 és a DARPP32 foszforilálásával és aktiválásával. A PKA által elősegített foszforiláció egy negatív visszacsatolási mechanizmus részeként növelheti a PP2A aktivitását is.

A cAMP másik fontos effektorja az EPAC, egy GEF, amely elősegíti bizonyos kis GTPázok (pl. Rap1) aktiválását. A Rap1 egyik fő funkciója a sejtadhézió növelése az integrin receptorokon keresztül (hogy ez hogyan történik, nem világos) (Bos 2003).

Végezetül, a cAMP képes a ciklikus nukleotid kapuzott ioncsatornák egy családjához kötődni és annak működését modulálni. Ezek viszonylag nem szelektív kationcsatornák, amelyek kalciumot vezetnek. A kalcium stimulálja a CaM és a CaM-függő kinázokat, amelyek viszont az AC-k és a PDE-k aktivitásának szabályozásával modulálják a cAMP-termelést (Zaccolo és Pozzan 2003). A csatornák nátrium- és káliumpermeábilisak is, amelyek megváltoztathatják a membránpotenciált az elektromosan aktív sejtekben.

• Copyright © 2012 Cold Spring Harbor Laboratory Press; minden jog fenntartva