Kalcineurin

Kalcineurin (Calcineurin; CaN) je eukaryotická heterodimerní serin-threoninová proteinová fosfatáza skládající se z regulační PPP3R a katalytické PPP3C podjednotky. Aktivita CaN je regulovaná vápenatými (Ca2+) ionty a kalmodulinem a účastní se přenosu signálu v Ca2+ dependentních signalizačních drahách.[1] CaN hraje významnou roli během aktivace T-lymfocytů a jeho inhibitory jsou využívané v klinické praxi jako imunosupresivní terapeutika.[2]

Struktura a regulace

CaN je heterodimerní fosfatáza, tedy enzym skládající se z dvou odlišných podjednotek (katalytické a regulační), který odstraňuje ze specifického substrátu fosfátovou skupinu. Struktura holoenzymu CaN je vysoce konzervovaná napříč všemi eukaryotickými organismy (od kvasinek až po savce).[3]

Regulační PPP3R podjednotka se vyskytuje ve dvou izoformách: PPP3R1 a PPP3R2 a její funkcí je regulace aktivity katalytické podjednotky v závislosti na změnách cytoplazmatické koncentrace Ca2+ iontů. V neaktivním stavu je v komplexu s katalytickou podjednotkou a dvěma Ca2+ ionty, které jsou navázané ve vysokoafinních vazebných místech. Následkem zvýšení koncentrace Ca2+ iontů v cytoplazmě dochází k obsazení dvou dalších (nízkoafinních) vazebných míst. Tato interakce indukuje konformační změnu C-terminální domény katalytické podjednotky a odhalení kalmodulin-vazebných míst, což vede k částečné aktivaci CaN. Následná vazba kalmodulinu v komplexu s Ca2+ na katalytickou podjednotku indukuje relokaci autoinihibiční domény z aktivního místa a plně tak aktivuje CaN.[4]

Katalytické místo enzymu je lokalizované na PPP3C podjednotce, která se vyskytuje celkem ve třech izoformách: PPP3CA, PPP3CB, PPP3CC.[4] Mechanismus katalýzy reakce je závislý na kovových iontech zinku (Zn2+) a železa (Fe3+) a molekulách vody, které se nacházejí v aktivním místě enzymu. Mechanismem defosforylace molekuly substrátu je nukleofilní atak fosfátové skupiny kovem aktivovanou molekulou vody.[3]

Funkce

Po aktivaci T buněčného receptoru na povrchu T lymfocytu dochází k přenosu signálu do buňky a vylití Ca2+ iontů z endoplazmatického retikula do cytoplazmy. Během Ca2+ signalizace dochází k aktivaci katalytické podjednotky CaN, která interaguje s konzervovaným motivem PxIxIT na substrátu. Substrátem v případě aktivace T lymfocytů je v cytoplazmě lokalizovaný transkripční faktor NFAT ("nuclear factors of activated T cell").[5] Ten je po defosforylaci translokovaný do jádra, kde indukuje zvýšenou expresi genů zajišťujících a řídících cytotoxickou aktivitu T lymfocytů, například Interleukinu 2 (IL-2).[6] CaN je významný i pro funkci myeloidních buněk během signalizace z PRR receptorů.[7]

Inhibitory CaN v klinické praxi

Inhibitory CaN (CNI) se využívají jako standardní terapie při transplantacích orgánů a při potlačování některých autoimunitních chorob. CNI vstupují do buněk, kde interagují se skupinou proteinů zvaných imunophiliny. Tyto komplexy následně vazbou na CaN inhibují jeho aktivitu a tedy i CaN zprostředkovanou aktivaci T lymfocytů. Vzhledem k jejich vedlejším nefrotoxickým, neurotoxickým, diabetogenním a jiným nežádoucím účinkům jsou vyvíjené snahy o nalezení náhradních léčiv.[2]

Orgánové transplantace

Hlavními imunosupresivními léky využívanými pro potlačení imunitní odpovědi proti transplantovaným orgánům jsou Cyklosporin A (orálně podávaný imunosupresivní lék) a Takrolimus (makrolidové antibiotikum). Cyklosporin A interaguje v buňce s cyklofilinem, zatímco Takrolimus s FK-vazebnými proteiny a takto vytvořené komplexy skrze vazbu a inaktivaci CaN inhibují aktivaci T lymfocytů.[2]

Autoimunitní nemoci

Cyklosporin A i Takrolimus se využívají během léčby autoimunitních onemocnění jako je například Sjögrenův syndrom, revmatoidní artritida, aplastická anémie či lupusová nefritida - ať už samostatně, či v kombinaci s jinými látkami.[7]

Reference

  1. ↑ RUSNAK, Frank; MERTZ, Pamela. Calcineurin: Form and Function. Physiological Reviews. 2000-01-10, roč. 80, čís. 4, s. 1483–1521. Dostupné online [cit. 2019-01-21]. ISSN 0031-9333. DOI 10.1152/physrev.2000.80.4.1483. 
  2. ↑ a b c MALLAT, Samir G.; SAYEGH, Mohamed H.; AZZI, Jamil R. Calcineurin Inhibitors: 40 Years Later, Can’t Live Without …. The Journal of Immunology. 2013-12-15, roč. 191, čís. 12, s. 5785–5791. PMID: 24319282. Dostupné online [cit. 2019-01-21]. ISSN 0022-1767. DOI 10.4049/jimmunol.1390055. PMID 24319282. (anglicky) 
  3. ↑ a b VILLAFRANCA, J. Ernest; BACQUET, Russell; BARKER, John E. Crystal structures of human calcineurin and the human FKBP12–FK506–calcineurin complex. Nature. 1995-12, roč. 378, čís. 6557, s. 641–644. Dostupné online [cit. 2019-01-21]. ISSN 1476-4687. DOI 10.1038/378641a0. (anglicky) 
  4. ↑ a b PPP3CC - Serine/threonine-protein phosphatase 2B catalytic subunit gamma isoform - Homo sapiens (Human) - PPP3CC gene & protein. www.uniprot.org [online]. [cit. 2019-01-21]. Dostupné online. 
  5. ↑ TAKEUCHI, Koh; ROEHRL, Michael H.A.; SUN, Zhen-Yu J. Structure of the Calcineurin-NFAT Complex: Defining a T Cell Activation Switch Using Solution NMR and Crystal Coordinates. Structure. 2007-05, roč. 15, čís. 5, s. 587–597. Dostupné online [cit. 2019-01-21]. ISSN 0969-2126. DOI 10.1016/j.str.2007.03.015. PMID 17502104. 
  6. ↑ SERFLING, Edgar; SCHULZE, Almut; MÜLLER, Nora. NFATc1 controls the cytotoxicity of CD8 + T cells. Nature Communications. 2017-09-11, roč. 8, čís. 1, s. 511. Dostupné online [cit. 2019-01-21]. ISSN 2041-1723. DOI 10.1038/s41467-017-00612-6. PMID 28894104. (anglicky) 
  7. ↑ a b FRIC, Jan; TIDU, Federico; BENDICKOVA, Kamila. Calcineurin–NFAT signalling in myeloid leucocytes: new prospects and pitfalls in immunosuppressive therapy. EMBO Molecular Medicine. 2017-08-01, roč. 9, čís. 8, s. 990–999. PMID: 28606994. Dostupné online [cit. 2019-01-21]. ISSN 1757-4676. DOI 10.15252/emmm.201707698. PMID 28606994. (anglicky) [nedostupný zdroj]