O biologie a kinazei p38

Calea de semnalizare p38 MAPK a fost unul dintre cele mai intens studiate subiecte din biologie încă de la identificarea sa inițială, în urmă cu mai bine de 10 ani. Nivelul de interes pentru această cale a fost determinat în principal de doi factori. În primul rând, această cale de semnalizare este activată de o gamă largă de stimuli și este implicată în numeroase boli, mai ales în inflamații. În al doilea rând, disponibilitatea timpurie a inhibitorilor selectivi ai p38 a oferit instrumentele critice necesare pentru a delimita mai bine rolul pe care proteinele kinazice îl joacă în căile de semnalizare, precum și mijloacele de a urmări potențialul terapeutic al inhibării p38. Într-adevăr, în ultimii 5 ani, un număr mare de inhibitori ai p38 au intrat în studii clinice.

În momentul descoperirii p38 MAP kinazei, primul membru al familiei MAP kinazei, kinaza reglată prin semnal extracelular (ERK), fusese deja identificat. Cu toate acestea, nu s-a apreciat faptul că existau alte două subfamilii de treonină/tirozină kinaze cu dublă specificitate (p38 și JNK). În 1994, mai multe grupuri de cercetare au identificat în mod independent o nouă activitate kinazică (Freshney et al., 1994; Han et al., 1994; Rouse et al., 1994;) și, ulterior, clonarea ADNc uman a dus la identificarea p38 α (Lee et al., 1994). La scurt timp după aceea, au fost identificate alte trei variante de îmbinare din familia p38, p38β, P38y și p38h (Jiang et al., 1996, Jiang et al., 1997, Kumar et al., 1997). Doi membri ai familiei, p38α și β, sunt exprimați omniprezent, dar reglați diferențiat în diferite tipuri de celule, în timp ce ceilalți doi sunt mai restrânși în distribuția tisulară. Până în prezent, p38α, care a fost implicată într-o serie de boli, este cel mai bine înțeles membru al familiei (revizuit în Kumar et al., 2003 și Saklatvala, 2004).

Activarea p38 a fost observată în diferite organisme ca răspuns la mulți stimuli. Ortologii p38α din drojdie, vierme și broască au fost implicați în osmoreglare, răspunsuri la stres și reglarea ciclului celular. Reglarea p38α în celulele mamiferelor a fost, de asemenea, bine studiată (analizată în Zarubin și Han, 2005). În prezent, este clar că calea de semnalizare p38α este complexă, influențată nu numai de stimuli și de tipul de celule, ci și de diverși regulatori și combinații de kinaze activatoare din amonte. Este bine cunoscut faptul că există două kinaze activatoare principale în amonte pentru p38α, MKK3 și MKK6. În plus, există un mecanism de activare a p38α independent de MKK care implică proteina de legare a proteinei kinazei 1 activată de factorul de creștere transformant (TAK1) (TAB) (Ge et al., 2002). Activarea p38α se poate realiza prin autofosforilare după interacțiunea cu TAB1. De asemenea, se sugerează că p38 reglează negativ semnalizarea TAK1 prin fosforilarea TAB1 (Cheung et al., 2003). În aval de semnalizarea TAK1 se află IKK, care servește ca o etapă esențială de activare a kinazei Tpl2 și a țintelor sale din aval, MEK1 și ERK (Waterfield et al., 2004). Astfel, inhibarea p38 are ca rezultat creșterea TAK1, ceea ce duce la activarea ERK. Acest lucru explică de ce activarea ERK este frecvent observată în celulele tratate cu inhibitori de p38α. Această constatare evidențiază necesitatea de a înțelege potențialul crosstalk neliniar între căile de semnalizare a kinazelor. În afară de TAK1, alte kinaze din amonte (MAP3K) sunt, de asemenea, implicate în activarea p38α și a vecinului său apropiat, JNK. La procesul de activare contribuie, de asemenea, proteinele mici de legare a GTP, cum ar fi Rac1 și Cdc42 și interacțiunea lor cu PAK (kinazele activate de p21) și MLK1.

Subratele din aval ale MAP kinazelor p38 sunt MAPKAPK2 (Kotlyarov et al., 2002) și MAPKAPK3 (McLaughlin et al., 1996) și MAPKAPK3 (McLaughlin et al., 1996), care fosforilează diverși substraturi – inclusiv proteina mică de șoc termic 27 (HSP27), proteina specifică limfocitelor 1 (LSP1), proteina de legare a elementelor de răspuns cAMP (CREB), factorul de transcripție (ATF1), SRF și tirozina hidroxilază. De un interes deosebit este substratul MAPKAPK2, tritetraprolina, o proteină care destabilizează ARNm (Tchen et al., 2004). MNK este un alt substrat al p38 care pare să fie implicat în inițierea translației, deoarece fosforilează eIF-4E (Waskewicz et al., 1997). În plus, se știe că p38 kinaza activată de p38 (PRAK) și proteina kinaza activată de mitogen și de stres (MSK1) sunt, de asemenea, activate de p38α, deși MSK1 este activată și de ERK (Deak et al., 1998). Nu este surprinzător faptul că există un număr mare de factori de transcripție care sunt reglați de p38 (revizuit în Zarubin și Han, 2005). Printre exemple se numără factorii de transcripție activatori 1, 2 și 6, proteina accesorie SRF (Sap1), GADD153, p53, c/EBPb, factorul de creștere a miocitelor 2C (MEF2C), MEF2A, DIT3, ELK1, ELK1, NFAT și proteina high mobility group-box (HBP1). S-a demonstrat, de asemenea, că și alte proteine fără legătură între ele, cum ar fi cPLA1, Na+/H+ exchanger isoform-1 (NHE-1), tau, keratina 8 și stathmin, sunt substraturi pentru p38α.

Mecanismul prin care inhibitorii p38 MAP kinazei suprimă expresia citokinelor inflamatorii a fost evaziv. Expresia genelor inflamatorii este puternic reglată atât la nivel transcripțional, cât și post-transcripțional. Primele studii care au examinat efectele inhibitorilor de p38 în monocitele umane au sugerat că reglarea biosintezei citokinelor inflamatorii (în primul rând IL-1 și TNF) are loc la nivel post-transcripțional. Ulterior, a devenit evident că stabilitatea ARNm poate fi influențată negativ de inhibarea căii p38 (Frevel et al., 2003). Această observație a determinat studii ulterioare să demonstreze că alte proteine de răspuns inflamator, cum ar fi COX-2, au fost afectate în mod similar (Lasa et al., 2000). Alte ARNm care sunt stabilizate de p38 includ MIP-1a, gm-CSF, VEGF și MMP-1 și -3 (Dean et al., 2004). Este interesant faptul că MAPKAPK-2, un substrat pentru p38, este, de asemenea, implicat în stabilizarea ARNm de către p38. Formele active din punct de vedere catalitic ale MAPKAPK-2 stabilizează ARNm reporter, în timp ce MAPKAPK-2 dominant negativ blochează expresia acestuia (Winzen et al., 1999).

O caracteristică comună a caracteristicilor structurale care influențează stabilitatea ARNm este motivul bogat în AU din 3′UTR extins. Acest motiv a fost descris pentru prima dată de Shaw și Kamen (1986). Există trei clase distincte de astfel de elemente bogate în AU (ARE): una conține un număr mic de ARE (cum ar fi c-Fos), a doua conține un număr mai mare de ARE care posedă mai mulți pentamere (cum ar fi TNFα, COX-2 etc.), iar a treia clasă conține ARE care nu au pentamere, dar conțin regiuni bogate în U. ARE-urile țintesc ARNm pentru o deadenilare rapidă în celule. În general, ARE-urile reglementate de p38 au motive structurale similare, cu pentamere multiple, suprapuse în 3′UTR-uri. Cu toate acestea, există excepții, cum ar fi MMP-1 și -3 (Reunanen et al., 2002) și tristetraprolin (Mahtani et al., 2001, Tchen et al., 2004), ARNm care conțin cel puțin o secvență pentamerică, și secvențe bogate în U. Mecanismul precis prin care p38 reglează stabilitatea ARNm rămâne neclar. Se crede că este implicată kinaza din aval MAPKAPK-2, precum și o proteină de legare ARE evazivă. Există o serie de candidați (Dean et al., 2004), dar niciunul nu îndeplinește toate criteriile pentru a fi proteina care leagă căile p38 și ARNm care conține ARE. Dintre acestea, tristetraprolina este o posibilitate interesantă, deși servește în principal ca un „întrerupător” în stabilizarea ARNm.

Un număr mare de date din studiile preclinice indică un rol central al p38 în răspunsurile imunologice și inflamatorii (Dong et al., 2002; Kracht și Saklatvala, 2002; Kumar et al., 2003). Se știe acum că calea p38 este activată selectiv în celulele T efectoare Th1 ca răspuns la IL-12 și IL-18. Producția de citokine Th1, cum ar fi interferonul gamma, este inhibată de inhibitorii p38, în timp ce producția de IL-4, o citokină Th2, nu este inhibată. În macrofage, o serie de citokine inflamatorii – cum ar fi TNF, IL-1, IL-6 și IL-8 – sunt reglementate prin intermediul căilor p38. Fibroblastul de embrion de șoarece MKK3 knock-out răspunde la TNF, dar nu și la IL-1, UV sau sorbitol, indicând astfel un rol al MKK3 în acțiunea TNF, dar nu și a IL-1. Cu toate acestea, în cazul fibroblastelor de embrion de șoarece knock-out p38α, producția de IL-6 indusă de IL-1 este grav compromisă. Aceste date sugerează că diferiți liganzi vor declanșa funcția diferitelor kinaze în calea p38. Împreună cu un mare număr de dovezi genetice și farmacologice in vivo, aceste rezultate susțin că p38 este o țintă validă, a cărei inhibare ar putea aduce beneficii terapeutice într-o varietate de boli inflamatorii, în special în artrita reumatoidă (Foster et al., 2000). Alte posibilități de intervenție farmacologică includ hipertrofia cardiacă, boala Alzheimer, leziunile vasculare, psoriazisul și bolile inflamatorii intestinale.

.