Короткоживущее состояние киназы, необходимое для миграции клеток и функции T-лимфоцитов

Ученые из Детской исследовательской больницы Сент-Джуд охарактеризовали скрытое промежуточное состояние в центре функционирования киназы Src. Это состояние позволяет киназе многократно модифицировать свою мишень, не высвобождаясь и не присоединяясь к ней заново каждый раз. Исследователи показали, что это состояние жизненно важно для активации T-клеток и миграции клеток, подчеркивая важность короткоживущих белковых состояний для основных биологических процессов и открывая новые пути для терапевтического воздействия на киназы.

Статья опубликована в журнале Science.

Киназы действуют как главные переключатели функции белков и играют центральную роль в росте и выживании клеток. Они переносят фосфатную группу от аденозинтрифосфата (ATP) на другие белки. Этот процесс, называемый фосфорилированием, требует от киназы перехода через различные формы (состояния).

Хотя некоторые дискретные состояния фосфорилирования хорошо известны, команда под руководством Хариламбоса Бабиса Калодимоса, Ph.D., заведующего отделением структурной биологии Сент-Джуд, использовала спектроскопию ядерного магнитного резонанса (NMR) для изучения короткоживущих промежуточных состояний, которые принимают члены семейства киназ Src.

«Изучая, как выглядят эти скрытые состояния, мы обнаружили, что можем лучше объяснить многие механизмы биологии, связанные с киназами», — сказал Калодимос.

Скрытое состояние обеспечивает быстрое фосфорилирование

Многие биологические процессы, такие как миграция клеток, зависят от процессивного фосфорилирования белка, когда на одну молекулу белка добавляется несколько фосфатов в разных сайтах. Это требует быстрого удаления отхода — аденозиндифосфата (ADP) — из киназы. Исследователи обнаружили, что Src имеет скрытое состояние, которое действует как механизм быстрого высвобождения, обеспечивая быстрое удаление ADP.

«Эти киназы должны работать процессивно, чтобы, однажды присоединившись к мишени, они могли фосфорилировать её в нескольких сайтах за один раз до диссоциации, — объяснил Калодимос. — Для этого им необходимо быстро высвобождать образующийся ADP, чтобы могла связаться новая молекула ATP и начать новый цикл».

Этот оборот ADP/ATP должен происходить быстро; в противном случае киназа отходит слишком рано, и белок-мишень фосфорилируется недостаточно. Хотя мимолётное появление этого скрытого состояния объясняет его неуловимость, его консервативность у других киназ, включая Lck и Hck, подчеркивает его важность для функции клеток. Когда исследователи устранили это состояние с помощью целевых мутаций, они обнаружили, что миграция клеток (контролируемая Src и Hck) и регуляция T-лимфоцитов (контролируемая Lck) были значительно нарушены.

«Эти наблюдения показывают, что скрытые состояния киназ обеспечивают точную регуляцию различных клеточных функций», — сказал первый автор Иксин Цуй, Ph.D., отделение структурной биологии.

Результаты расширяют фундаментальное понимание функции киназ и открывают путь для новых терапевтических подходов, избирательно нацеленных на эти вновь обнаруженные конформационные состояния. Кроме того, скрытое состояние может быть использовано для тонкой настройки активности киназ в инженерных системах, таких как T-клетки с химерным антигенным рецептором (CAR T-клетки).

«Киназы Src жизненно важны для здоровья и многих заболеваний, а также для работы адаптивных иммунотерапий, таких как CAR T-клетки, которые показали большую пользу в борьбе с некоторыми видами рака», — сказал соавтор Терренс Л. Гейгер, MD, Ph.D.

«Эти идеи меняют наше понимание того, как передаются клеточные сигналы, и раскрывают новые стратегии для терапевтического изменения активности киназ и модуляции поведения клеток».

Исследователи изучают скрытые состояния у других киназ, чтобы лучше понять это важное семейство белков.

«Вероятно, существуют и другие скрытые или невидимые состояния, которые мы еще не обнаружили, — сказал Калодимос. — Мы только начали изучать эту область — еще много невидимых состояний остаются нераскрытыми».