Brutons tyrosinkinas

Brutons tyrosinkinas ( Bruton  tyrosinkinas , BTK ) är ett icke -receptortyrosinkinas från Tec-familjen av proteinkinaser .

Brutons tyrosinkinas spelar en viktig roll i mognad och funktion av B - lymfocyter och andra däggdjursblodceller . Den största uppmärksamheten ägnas åt studiet av mänskliga och musvarianter av enzymet. Mutationer i genen för detta protein är orsaken till Brutons sjukdom (X-länkad agammaglobulinemi), från vilken det har fått sitt namn. Brutons tyrosinkinas är en komponent i signalvägar som börjar vid pre-B-cells- och B-cellsreceptorer . Med tanke på den stora betydelsen av dessa vägar för B-celler anses detta tyrosinkinas vara ett lovande mål vid behandling av kronisk lymfatisk leukemi och autoimmuna sjukdomar [1] .

Upptäcktshistoria och genens struktur

Bruton tyrosinkinasgenen identifierades 1993 av två oberoende grupper som en gen involverad i utvecklingen av agammaglobulinemi ( Brutons sjukdom ) [2] [3] . Genen har visats vara lokaliserad på X-kromosomens långa arm . Bruton tyrosinkinasgenen har en storlek på cirka 37,5 kb och innehåller 19 exoner [1] . Mer än 1000 olika mutationer av denna gen har identifierats hos patienter med agammaglobulinemi [4] . På genmatrisen syntetiseras mRNA med en storlek på 2,7 tusen nukleotider. Data om möjligheten till alternativ splitsning av tyrosinkinas-pre-mRNA i normala celler finns ännu inte tillgängliga. Men i vissa typer av leukemi hittas felaktigt splitsade mRNA, på vilka Brutons tyrosinkinasmolekyler som saknar kinasaktivitet syntetiseras [5] .

Frånvaron av en funktionell form av tyrosinkinas hos patienter med agammaglobulinemi leder till en kraftig minskning av antalet B-lymfocyter och antikroppar i blodet. Liknande mutationer i tyrosinkinasgenen hos möss orsakar ett X-kopplat immunbristtillstånd. Dess manifestationer är mindre uttalade än hos människor, till exempel minskar antalet perifera B-lymfocyter med endast hälften [6] [7] .

Distribution och intracellulär lokalisering

Brutons tyrosinkinas är karakteristiskt för B-lymfocyter i olika stadier av deras utveckling: i utvecklande celler innehåller benmärgen mest protein, med frisättning av celler i blodet minskar mängden och enzymet finns inte längre i plasma celler [8] [9] [10] . Dessutom finns Brutons tyrosinkinas också i andra celler av benmärgsursprung: monocyter / makrofager , mastceller , neutrofiler , erytroblaster, blodplättar , dendritiska celler och osteoklaster [11] [12] [13] [14] [15] [ 16] [17 ] [18] . Detta kinas syntetiseras dock tydligen inte i T-lymfocyter [10] . Brutons tyrosinkinas spelar en viktigare roll i B-lymfocyternas öde än någon annan cell. Detta bekräftas av det faktum att mutationer i enzymgenen vid Brutons sjukdom främst påverkar mognaden av dessa celler [1] . I andra celltyper verkar funktionerna av tyrosinkinas dupliceras av andra enzymer.

Proteiner som är homologa med Brutons tyrosinkinas från däggdjur har också hittats i fåglar , fiskar och insekter [19] [20] [21] . Men trots det evolutionära bevarandet av aminosyrasekvensen för dessa proteiner skiljer sig deras funktioner i olika grupper av organismer. Till exempel i Drosophila är tyrosinkinashomologen viktig för utvecklingen av manliga könsorgan, medan hos däggdjur är detta enzym involverat i utvecklingen och funktionen av celler i immunsystemet .

Brutons tyrosinkinas är lokaliserat huvudsakligen i cellens cytoplasma . Vid aktivering rör sig enzymet in i plasmamembranet på grund av interaktionen av PH-domänen (se nedan) med dess komponenter. En liten mängd av proteinet finns också i cellkärnan , vilket tyder på att tyrosinkinas cirkulerar mellan kärnan och cytoplasman. Det är känt att exporten av enzymet från deras kärna tillhandahålls av exportin Crm1 [22] .

Struktur

Humant Brutons tyrosinkinas består av 659 aminosyrarester och har en molekylvikt på cirka 77 kDa . Följande domäner särskiljs i proteinet , utgående från N-terminalen: PH-domän (domän som är homolog med plextrin), TH-domän (domän som är homolog med Tec; består av ett Btk-motiv och en polyprolinregion), SH2-domän , SH3-domän och katalytisk kinasdomän [1] .

PH-domänen av Brutons tyrosinkinas har en karakteristisk veckning och består av ett mycket krökt sjusträngat antiparallellt β-ark och en C-terminal α-helix . PH-domänen binder fosfatidylinositolfosfaterna i det cytoplasmatiska membranet. Mutationer i PH-domänen associerad med Brutons sjukdom påverkar aminosyrarester som är direkt involverade i substratbindning [23] .

Btk-motivet är kopplat till den C-terminala delen av PH-domänen med en länk med 7–8 aminosyrarester. Den klotformade kärnan av Btk-motivet är vikt mittemot β-strängarna 5 och 7 i PH-domänen. I allmänhet är Btk-motivet en lång slinga som viks på sig själv och hålls i denna position av zinkjonen , som bildar koordinationsbindningar med histidin- och cysteinrester . Zinkjonen är väsentlig för optimal enzymaktivitet och stabilitet. En av enzymmutationerna associerade med Brutons sjukdom påverkar en av de zinkbindande cysteinresterna [23] .

SH2-domänen ger igenkänning och bindning av fosfotyrosin-innehållande peptider. SH3-domänen binder prolinrika regioner av andra proteiner [24] .

Förordning

Mängden och aktiviteten av BTK regleras på flera nivåer.

Transkriptionsreglering

Flera transkriptionsfaktorer är kända för att binda till och aktivera BTK - genpromotorn : Sp1, Sp3, Spi-B, PU.1, OCT1/OBF1 och NF-KB (p65/p50-komplex). I det senare fallet är den katalytiska aktiviteten av BTK nödvändig för translokationen av NF-KB till cellkärnan, det vill säga autoreglering av Brutons tyrosinkinas sker enligt den positiva återkopplingsmekanismen [25] .

Deltagande i intracellulär signalering

Funktioner

Brutons tyrosinkinas spelar en roll i utvecklingen av flera cancerformer , främst leukemier . Vissa bevis pekar på onkogena egenskaper hos BTK , andra på tumörsuppressoregenskaper [26] .

Roll i utvecklingen av sjukdomar

B-cells akut lymfoblastisk leukemi

Inaktiverande somatiska mutationer av BTK -genen i B-cells akut lymfoblastisk leukemi är relativt sällsynta [5] [27] . Men i många fall finns avvikande splitsade BTK -mRNA i leukemiceller , på vilka trunkerade proteinformer som saknar kinasdomänen syntetiseras [28] [29] .

Inhibitorer

Att förstå den speciella rollen av Brutons tyrosinkinas i patogenesen av vissa sjukdomar har lett till skapandet av inhibitorer av dess kinasaktivitet för terapeutisk användning. En av de första som utvecklades var en reversibel kinashämmare av Tec-familjen LFM-A13, som binder till den katalytiska kaviteten av tyrosinkinas, definierad av resterna Leu-460, Tyr-476, Arg-525 och Asp-539 [30] . LFM-A13 hämmar BTK in vitro med en IC50 på 7,5 mikromol/liter. År 2013 hade data om den kliniska aktiviteten av LFM-A13 inte mottagits [31] .

År 2013 hade andra reversibla BTK-hämmare också utvecklats: ONO-WG-307, GDC-0834 och dasatinib . ONO-WG-307 blockerar autofosforylering av BTK vid Tyr-223-positionen med en IC50=2nmol/liter. I prekliniska prövningar har denna hämmare visat effekt mot diffust storcellslymfom subtyp ABC, follikulärt lymfom och kronisk lymfatisk leukemi [31] .

Dasatinib utvecklades som en hämmare av BCR-ABL1- tyrosinkinasaktivitet och används för att behandla kronisk myeloid leukemi och akut B-cellslymfoblastisk leukemi som kännetecknas av närvaron av den chimära BCR-ABL1- onkogenen . Det har emellertid också visat sig reversibelt hämma Brutons tyrosinkinse med en IC50 på 5 nanomol/liter [32] . Dasatinib har testats i en klinisk fas II-studie på patienter med återfall eller resistent kronisk lymfatisk leukemi. I 20 % av fallen erhölls ett svar på läkemedlet, men frekventa allvarliga biverkningar noterades också [33] .

Den andra gruppen av BTK-hämmare är kovalenta irreversibla hämmare som ibrutinib (PCI-32765) och AVL-292 (CC-292). Båda molekylerna bildar en kovalent bindning med Cys-481 vid det aktiva stället för kinaset. Dessa hämmare är mer specifika för Brutons tyrosinkinse och har en IC50 på 0,5 nanomol/liter.

Anteckningar

1. ↑ 1 2 3 4 Mohamed AJ, Yu L., Bäckesjö CM, Vargas L., Faryal R., Aints A., Christensson B., Berglöf A., Vihinen M., Nore BF, Smith CI Brutons tyrosinkinas (Btk) : funktion, reglering och transformation med särskild tonvikt på PH-domänen  //  Immunol Rev : journal. - 2009. - Vol. 228 , nr. 1 . - S. 58-73 . - doi : 10.1111/j.1600-065X.2008.00741.x . — PMID 19290921 .
2. ↑ Tsukada S., Saffran DC, Rawlings DJ, Parolini O., Allen RC, Klisak I., Sparkes RS, Kubagawa H., Mohandas T., Quan S., et al. Bristfälligt uttryck av ett B-cells cytoplasmatiskt tyrosinkinas i human X-länkad agammaglobulinemi  (engelska)  // Cell  : journal. - Cell Press , 1993. - Vol. 72 , nr. 2 . - S. 279-290 . - doi : 10.1016/0092-8674(93)90667-F . — PMID 8425221 .
3. ↑ Vetrie D., Vorechovský I., Sideras P., Holland J., Davies A., Flinter F., Hammarström L., Kinnon C., Levinsky R., Bobrow M., et al. Genen involverad i X-kopplad agammaglobulinemi är en medlem av src-familjen av protein-tyrosinkinaser  //  Nature : journal. - 1993. - Vol. 361 , nr. 6409 . - s. 226-233 . - doi : 10.1038/361226a0 . — PMID 8380905 .
4. ↑ BTKbase Arkiverad 16 februari 2006.
5. ↑ 1 2 Feldhahn N., Río P., Soh BN, Liedtke S., Sprangers M., Klein F., Wernet P., Jumaa H., Hofmann WK, Hanenberg H., Rowley JD, Müschen M. Deficiency of Bruton's tyrosinkinas i B-cellprekursor leukemiceller  (engelska)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal. - 2005. - Vol. 102 , nr. 37 . - P. 13266-13271 . - doi : 10.1073/pnas.0505196102 . — PMID 16141323 . Arkiverad från originalet den 26 oktober 2015.
6. ↑ Khan WN, Alt FW, Gerstein RM, Malynn BA, Larsson I., Rathbun G., Davidson L., Müller S., Kantor AB, Herzenberg LA, et al. Defekt B-cellsutveckling och funktion hos Btk-bristmöss  (engelska)  // Immunity : journal. - Cell Press , 1995. - Vol. 3 , nr. 3 . - S. 283-299 . — PMID 7552994 .
7. ↑ Kerner JD, Appleby MW, Mohr RN, Chien S., Rawlings DJ, Maliszewski CR, Witte ON, Perlmutter RM Nedsatt expansion av mus B-cellsprogenitorer som saknar Btk  //  Immunitet: journal. - Cell Press , 1995. - Vol. 3 , nr. 3 . - s. 301-312 . — PMID 7552995 .
8. ↑ Genevier HC, Hinshelwood S., Gaspar HB, Rigley KP, Brown D., Saeland S., Rousset F., Levinsky RJ, Callard RE, Kinnon C., et al. Uttryck av Brutons tyrosinkinasprotein inom B-cellslinjen  (engelska)  // European Journal of Immunology : journal. - 1994. - Vol. 24 , nr. 12 . - P. 3100-3105 . - doi : 10.1002/eji.1830241228 . — PMID 7805739 .
9. ↑ Nisitani S., Satterthwaite AB, Akashi K., Weissman IL, Witte ON, Wahl MI Posttranskriptionell reglering av Brutons tyrosinkinasuttryck i antigenreceptorstimulerade mjält-B-celler   // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal. - 2000. - Vol. 97 , nr. 6 . - P. 2737-2742 . — PMID 10688914 .
10. ↑ 1 2 Smith CI, Baskin B., Humire-Greiff P., Zhou JN, Olsson PG, Maniar HS, Kjellén P., Lambris JD, Christensson B., Hammarström L., et al. Uttryck av Brutons agammaglobulinemia tyrosinkinasgen, BTK, är selektivt nedreglerad i T-lymfocyter och plasmaceller  //  Journal of Immunology : journal. - 1994. - Vol. 152 , nr. 2 . - s. 557-565 . — PMID 8283037 .
11. ↑ Kawakami Y., Yao L., Miura T., Tsukada S., Witte ON, Kawakami T. Tyrosinfosforylering och aktivering av Bruton-tyrosinkinas vid Fc epsilon RI-tvärbindning  //  Molecular and Cellular Biology : journal. - 1994. - Vol. 14 , nr. 8 . - P. 5108-5113 . - doi : 10.1128/MCB.14.8.5108 . — PMID 7518558 .
12. ↑ Mukhopadhyay S., Mohanty M., Mangla A., George A., Bal V., Rath S., Ravindran B. Tyrosinfosforylering och aktivering av Bruton-tyrosinkinas vid Fc epsilon RI-  tvärbindning  Molecular// : journal. - 1994. - Vol. 14 , nr. 8 . - P. 5108-5113 . - doi : 10.1128/MCB.14.8.5108 . — PMID 7518558 .
13. ↑ Futatani T., Miyawaki T., Tsukada S., Hashimoto S., Kunikata T., Arai S., Kurimoto M., Niida Y., Matsuoka H., Sakiyama Y., Iwata T., Tsuchiya S., Tatsuzawa O., Yoshizaki K., Kishimoto T. Bristfälligt uttryck av Brutons tyrosinkinas i monocyter från X-länkad agammaglobulinemi som utvärderats genom en flödescytometrisk analys och dess kliniska tillämpning på  bärardetektion //  Blod : journal. — American Society of Hematology, 1998. - Vol. 91 , nr. 2 . - s. 595-602 . - doi : 10.1128/MCB.14.8.5108 . — PMID 9427714 .
14. ↑ Quek LS, Bolen J., Watson SP En roll för Brutons tyrosinkinas (Btk) i trombocytaktivering genom kollagen  //  Current Biology  : journal. - Cell Press , 1998. - Vol. 8 , nr. 20 . - P. 1137-1140 . - doi : 10.1016/S0960-9822(98)70471-3 . — PMID 9778529 .
15. ↑ Robinson D., Chen HC, Li D., Yustein JT, He F., Lin WC, Hayman MJ, Kung HJ Tyrosinkinasexpressionsprofiler för kycklingerytro-progenitorceller och onkogentransformerade erytroblaster  //  J Biomed sci. : journal. - 1998. - Vol. 5 , nej. 2 . - S. 93-100 . — PMID 9662068 .
16. ↑ Gilbert C., Levasseur S., Desaulniers P., Dusseault AA, Thibault N., Bourgoin SG, Naccache PH Kemotaktisk faktorinducerad rekrytering och aktivering av Tec-familjens kinaser i humana neutrofiler. II. Effekter av LFM-A13, en specifik Btk-hämmare  //  Journal of Immunology : journal. - 2003. - Vol. 170 , nr. 10 . - P. 5235-5243 . — PMID 12734372 .
17. ↑ Gagliardi MC, Finocchi A., Orlandi P., Cursi L., Cancrini C., Moschese V., Miyawaki T., Rossi P. Brutons tyrosinkinasdefekt i dendritiska celler från X-länkade agammaglobulinemipatienter påverkar inte deras differentiering, mognad och antigenpresenterande cellfunktion  (engelska)  // Klinisk och experimentell immunologi : journal. - 2003. - Vol. 133 , nr. 1 . - S. 115-122 . - doi : 10.1046/j.1365-2249.2003.t01-1-02178.x . — PMID 12823285 .
18. ↑ Lee SH, Kim T., Jeong D., Kim N., Choi Y. Tec-familjen Tyrosinkinas Btk Reglerar RANKL-inducerad osteoklastmognad  //  Journal of Biological Chemistry  : journal. - 2008. - Vol. 283 , nr. 17 . - P. 11526-11534 . - doi : 10.1074/jbc.M708935200 . — PMID 18281276 .
19. ↑ Nukleotidsekvens av mRNA BTK Gallus gallus
20. ↑ Haire RN, Strong SJ, Litman GW Tec-familjen icke-receptor tyrosinkinas uttryckt i zebrafisk njure  //  Immunogenetics: journal. - 1998. - Vol. 47 , nr. 4 . - s. 336-337 . — PMID 9472071 .
21. ↑ Baba K., Takeshita A., Majima K., Ueda R., Kondo S., Juni N., Yamamoto D. Drosophila Brutons tyrosinkinas (Btk) homolog krävs för vuxenöverlevnad och manlig könsdelbildning  //  Molecular and Cellulär biologi : journal. - 1999. - Vol. 19 , nr. 6 . - P. 4405-4413 . — PMID 10330180 .
22. ↑ Mohamed AJ, Vargas L., Nore BF, Backesjo CM, Christensson B., Smith CI Nucleocytoplasmic shuttling of Bruton's tyrosine kinase  //  Journal of Biological Chemistry  : journal. - 2000. - Vol. 275 , nr. 51 . - P. 40614-40619 . - doi : 10.1074/jbc.M006952200 . — PMID 11016936 .
23. ↑ 1 2 Hyvönen M., Saraste M. Struktur för PH-domänen och Btk-motiv från Brutons tyrosinkinas: molekylära förklaringar för X-länkad agammaglobulinemi  // EMBO J. - 1997. - Vol. 16 , nr. 12 . - S. 3396-3404 . — PMID 9218782 . Arkiverad från originalet den 27 september 2013.
24. ↑ Uckun FM Brutons tyrosinkinas (BTK) som en dubbelfunktionsregulator av apoptos // Biochem Pharmacol. - 1998. - T. 56 , nr. 6 . - S. 683-691 . — PMID 9751072 .
25. ↑ Yu L., Mohamed AJ, Simonson OE, Vargas L., Blomberg KE, Björkstrand B., Arteaga HJ, Nore BF, Smith CI Proteasomberoende autoreglering av Bruton tyrosinkinas (Btk) promotor via NF  -kappaB  // Blood. — American Society of Hematology, 2008. - Vol. 111 , iss. 9 . - P. 4617-4626 . - doi : 10.1182/blood-2007-10-121137 . — PMID 18292289 .
26. ↑ Hendriks RW, Kersseboom R. Involvering av SLP-65 och Btk i tumörsuppression och malign transformation av pre-B-celler // Semin Immunol. - 2006. - T. 18 , nr. 1 . - S. 67-76 . — PMID 16300960 .
27. ↑ Katz FE, Lovering RC, Bradley LA, Rigley KP, Brown D., Cotter F., Chessells JM, Levinsky RJ, Kinnon C. Expression of the X-linked agammaglobulinemia gen, btk in B-cell acute lymfoblastic leukemi // Leukemi . - 1994. - T. 8 , nr. 4 . - S. 574-577 . — PMID 8152253 .
28. ↑ Goodman PA, Wood CM, Vassilev AO, Mao C., Uckun FM Defekt uttryck av Brutons tyrosinkinas vid akut lymfoblastisk leukemi // Leuk lymfom. - 2003. - T. 44 , nr. 6 . - S. 1011-1018 . — PMID 12854903 .
29. ↑ Feldhahn N., Klein F., Mooster JL, Hadweh P., Sprangers M., Wartenberg M., Bekhite MM, Hofmann WK, Herzog S., Jumaa H., Rowley JD, Müschen M. Mimicry of a constitutively active pre -B-cellsreceptor i akuta lymfoblastiska leukemiceller  // J Exp Med. - 2005. - T. 201 , nummer. 11 . - S. 1837-1852 . — PMID 15939795 .
30. ↑ Mahajan S., Ghosh S., Sudbeck EA, Zheng Y., Downs S., Hupke M., Uckun FM Rationell design och syntes av ett nytt antileukemiskt medel riktat mot Brutons tyrosinkinas (BTK), LFM-A13 [alfa] -cyano-beta-hydroxi-beta-metyl-N-(2,5-dibromfenyl)propenamid ] // J Biol Chem. - 1999. - T. 274 , nummer. 14 . - S. 9587-9599 . — PMID 10092645 . Arkiverad från originalet den 11 oktober 2017.
31. ↑ 1 2 Aalipour A., ​​Advani RH Bruton tyrosinkinashämmare: en lovande ny riktad behandling för B-cellslymfom // Br J Haematol. - 2013. - T. 163 , nr. 4 . - S. 436-443 . - doi : 10.1111/bjh.12573 . — PMID 24111579 .
32. ↑ Hantschel O., Rix U., Schmidt U., Bürckstümmer T., Kneidinger M., Schütze G., Colinge J., Bennett KL, Ellmeier W., Valent P., Superti-Furga G. Btk-tyrosinkinaset är ett huvudmål för Bcr-Abl-hämmaren dasatinib  // Proc Natl Acad Sci US A. - 2007. - Vol. 104 , nr. 33 . - S. 13283-13288 . — PMID 17684099 .
33. ↑ Amrein PC, Attar EC, Takvorian T., Hochberg EP, Ballen KK, Leahy K. .M., Fisher DC, Lacasce AS, Jacobsen ED, Armand P., Hasserjian RP, Werner L., Neuberg D., Brown JR Fas II-studie av dasatinib vid recidiverande eller refraktär kronisk lymfatisk leukemi  // Clin Cancer Res. - 2011. - T. 17 , nr. 9 . - S. 2977-2986 . - doi : 10.1158/1078-0432.CCR-10-2879 . — PMID 21402714 .