A p38 kináz biológiája
A p38 MAPK jelátviteli útvonal a biológia egyik legintenzívebben vizsgált témája a több mint 10 évvel ezelőtti első azonosítása óta. Az ezen útvonal iránti érdeklődés mértékét elsősorban két tényező hajtotta. Először is, ez a jelátviteli útvonal számos inger hatására aktiválódik, és számos betegségben, különösen a gyulladásban szerepet játszik. Másodszor, a szelektív p38-gátlók korai rendelkezésre állása biztosította a fehérje-kinázok jelátviteli útvonalakban játszott szerepének pontosabb meghatározásához szükséges kritikus eszközöket, valamint a p38-gátlás terápiás lehetőségeinek feltárásához szükséges eszközöket. Valóban, az elmúlt 5 évben számos p38-gátló került klinikai vizsgálatokba.
A p38 MAP-kináz felfedezésekor a MAP-kináz család első tagját, az extracelluláris jel-szabályozott kinázt (ERK) már azonosították. Nem ismerték azonban, hogy a kettős specificitású treonin/tirozinkinázok két további alcsaládja is létezik (p38 és JNK). 1994-ben több kutatócsoport egymástól függetlenül azonosított egy új kinázaktivitást (Freshney et al., 1994; Han et al., 1994; Rouse et al., 1994;), majd a humán cDNS klónozása vezetett a p38 α azonosításához (Lee et al., 1994). Nem sokkal később a p38 család három másik splice-változatát, a p38β-t, a P38y-t és a p38h-t azonosították (Jiang et al., 1996, Jiang et al., 1997, Kumar et al., 1997). A család két tagja, a p38α és β ubiquitikusan expresszálódik, de különböző sejttípusokban differenciáltan szabályozott, míg a másik kettő szöveti eloszlása korlátozottabb. A mai napig a p38α, amely számos betegségben szerepet játszik, a család legjobban megértett tagja (áttekintve: Kumar és mtsai., 2003 és Saklatvala, 2004).
A p38 aktiválódását számos ingerre adott válaszként figyelték meg különböző szervezetekben. A p38α ortológjai élesztőben, féregben és békában szerepet játszanak az ozmoregulációban, a stresszválaszokban és a sejtciklus szabályozásában. A p38α szabályozását emlős sejtekben is jól tanulmányozták (áttekintve: Zarubin és Han, 2005). Ma már világos, hogy a p38α jelátviteli útvonal összetett, amelyet nemcsak az ingerek és a sejttípus, hanem a különböző szabályozók és az upstream aktiváló kinázok különböző kombinációi is befolyásolnak. Jól ismert, hogy a p38α-nak két fő upstream aktiváló kináza van, az MKK3 és az MKK6. Ezen kívül létezik a p38α aktiválásának egy MKK-független mechanizmusa is, amelyben a transzformáló növekedési faktor aktivált protein kináz 1 (TAK1) kötőfehérje (TAB) vesz részt (Ge és mtsai., 2002). A p38α aktiválása a TAB1-gyel való kölcsönhatás után autofoszforilációval érhető el. Azt is feltételezik, hogy a p38 negatívan szabályozza a TAK1 jelátvitelt a TAB1 foszforilálásával (Cheung és mtsai., 2003). A TAK1 jelátvitel downstream-je az IKK, amely a Tpl2 kináz és downstream célpontjai, a MEK1 és az ERK alapvető aktivációs lépéseként szolgál (Waterfield és mtsai., 2004). Így a p38 gátlása a TAK1 upregulációját eredményezi, ami ERK aktivációhoz vezet. Ez magyarázza, hogy miért figyelhető meg gyakran az ERK aktiválódása a p38α gátlókkal kezelt sejtekben. Ez a megállapítás rávilágít a kináz jelátviteli útvonalak közötti potenciális nemlineáris keresztbeszélgetés megértésének szükségességére. A TAK1 mellett más upstream kinázok (MAP3K) is részt vesznek a p38α és közeli szomszédja, a JNK aktiválásában. Szintén hozzájárulnak az aktivációs folyamathoz olyan kis GTP-kötő fehérjék, mint a Rac1 és a Cdc42, valamint ezek kölcsönhatása a PAK-kal (p21-aktivált kinázok) és az MLK1-gyel.
A p38 MAP-kinázok downstream szubsztrátjai a MAPKAPK2 (Kotlyarov et al., 2002) és a MAPKAPK3 (McLaughlin és mtsai., 1996), amelyek különböző szubsztrátokat foszforilálnak – többek között a kis hősokkfehérje 27 (HSP27), a limfocita-specifikus fehérje 1 (LSP1), a cAMP válaszelem-kötő fehérje (CREB), a transzkripciós faktor (ATF1), az SRF és a tirozin-hidroxiláz. Különösen érdekes a MAPKAPK2 szubsztrátja, a tritetraprolin, egy olyan fehérje, amely destabilizálja az mRNS-t (Tchen és mtsai., 2004). Az MNK egy másik p38 szubsztrát, amely úgy tűnik, hogy részt vesz a transzlációs iniciációban, mivel foszforilálja az eIF-4E-t (Waskewicz és mtsai., 1997). Ezen kívül a p38 aktivált kináz (PRAK) és a mitogén és stressz aktivált protein kináz (MSK1) is ismert, hogy a p38α aktiválja, bár az MSK1-et az ERK is aktiválja (Deak és mtsai., 1998). Nem meglepő, hogy számos olyan transzkripciós faktor van, amelyet a p38 szabályoz (áttekintve Zarubin és Han, 2005). Néhány példa: aktiváló transzkripciós faktorok 1, 2 és 6, SRF accessory protein (Sap1), GADD153, p53, c/EBPb, myocyte enhancing factor 2C (MEF2C), MEF2A, DIT3, ELK1, NFAT és high mobility group-box protein (HBP1). Más, nem kapcsolódó fehérjék, például a cPLA1, a Na+/H+ exchanger isoform-1 (NHE-1), a tau, a keratin 8 és a stathmin szintén a p38α szubsztrátjainak bizonyultak.
A mechanizmus, amellyel a p38 MAP-kináz inhibitorok elnyomják a gyulladásos citokinek expresszióját, eddig nem volt megfejthető. A gyulladásos gének expressziója mind transzkripciós, mind poszt-transzkripciós szinten erősen szabályozott. A p38 gátlók hatását humán monocitákban vizsgáló korai vizsgálatok azt sugallták, hogy a gyulladásos citokin bioszintézis (elsősorban az IL-1 és a TNF) szabályozása poszt-transzkripciós szinten történik. Később nyilvánvalóvá vált, hogy az mRNS stabilitását negatívan befolyásolhatja a p38 útvonal gátlása (Frevel és mtsai., 2003). Ez a megfigyelés további vizsgálatokra késztetett, amelyek kimutatták, hogy más gyulladásos válaszfehérjéket, például a COX-2-t is hasonló módon befolyásolják (Lasa és mtsai., 2000). A p38 által stabilizált egyéb mRNS-ek közé tartozik a MIP-1a, a gm-CSF, a VEGF, valamint az MMP-1 és -3 (Dean és mtsai., 2004). Érdekes módon a MAPKAPK-2, a p38 szubsztrátja is részt vesz a p38 általi mRNS-stabilizációban. A MAPKAPK-2 katalitikusan aktív formái stabilizálják a riporter mRNS-t, míg a domináns negatív MAPKAPK-2 blokkolja annak expresszióját (Winzen és mtsai., 1999).
Az mRNS stabilitását befolyásoló szerkezeti jellemzők közös jellemzője az AU-gazdag motívum a meghosszabbított 3′UTR-ben. Ezt a motívumot először Shaw és Kamen (1986) írta le. Az ilyen AU-gazdag elemeknek (ARE-k) három különböző osztálya létezik: az egyik kis számú ARE-t tartalmaz (mint például a c-Fos), a második nagyobb számú, több pentamerrel rendelkező ARE-t tartalmaz (mint például a TNFα, COX-2 stb.), a harmadik osztály pedig olyan ARE-ket tartalmaz, amelyekből hiányoznak a pentamerek, de U-gazdag régiókat tartalmaznak. Az ARE-k az mRNS-t célozzák meg a sejtekben történő gyors deadenilációra. Általában a p38-szabályozott ARE-k hasonló szerkezeti motívumokkal rendelkeznek, több, egymást átfedő pentamerrel a 3′UTR-ekben. Vannak azonban kivételek, mint például az MMP-1 és -3 (Reunanen et al., 2002) és a tristetraprolin (Mahtani et al., 2001, Tchen et al., 2004), olyan mRNS-ek, amelyek legalább egy pentamer és U-gazdag szekvenciát tartalmaznak. A pontos mechanizmus, amellyel a p38 szabályozza az mRNS stabilitását, továbbra is tisztázatlan. Úgy gondolják, hogy a downstream kináz MAPKAPK-2, valamint egy megfoghatatlan ARE-kötő fehérje is részt vesz benne. Számos jelölt van (Dean és mtsai., 2004), de egyik sem teljesíti az összes kritériumot ahhoz, hogy a p38 útvonalakat és az ARE-tartalmú mRNS-t összekötő fehérje legyen. Ezek közül a tristetraprolin érdekes lehetőség, bár elsősorban “kikapcsolóként” szolgál az mRNS stabilizálásában.
A preklinikai vizsgálatokból származó számos adat arra utal, hogy a p38 központi szerepet játszik az immunológiai és gyulladásos válaszokban (Dong és mtsai., 2002; Kracht és Saklatvala, 2002; Kumar és mtsai., 2003). Ma már ismert, hogy a p38 útvonal szelektíven aktiválódik a Th1 effektor T-sejtekben az IL-12 és IL-18 hatására. A Th1 citokinek, például az interferon gamma termelését a p38 gátlók gátolják, míg a Th2 citokin, az IL-4 termelését nem. A makrofágokban számos gyulladásos citokin – például a TNF, az IL-1, az IL-6 és az IL-8 – a p38 útvonalakon keresztül szabályozódik. Az MKK3 knock-out egér embrió fibroblaszt TNF-re reagál, de IL-1-re, UV-ra vagy szorbitra nem, ami arra utal, hogy az MKK3 szerepet játszik a TNF, de nem az IL-1 hatásában. A p38α knock-out egér embrió fibroblasztokban azonban az IL-1 indukálta IL-6 termelés súlyosan károsodott. Ezek az adatok arra utalnak, hogy a különböző ligandumok különböző kinázok működését váltják ki a p38 útvonalban. Számos genetikai és in vivo farmakológiai bizonyítékkal együtt ezek az eredmények a p38-at mint érvényes célpontot támasztják alá, amelynek gátlása terápiás előnyt jelenthet számos gyulladásos betegségben, különösen a reumatoid artritiszben (Foster és mtsai., 2000). A farmakológiai beavatkozás további lehetőségei közé tartozik a szív hipertrófia, az Alzheimer-kór, az érrendszeri sérülések, a pikkelysömör és a gyulladásos bélbetegségek.