Тирозинкиназа Брутона

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Тирозинкиназа Брутона
PDB 1k2p EBI.jpg
Структура каталитического домена тирозинкиназы Брутона
Обозначения
Символы BTK; ATK, PSCTK1, XLA
Entrez Gene 695
HGNC 1133
OMIM 300300
PDB 3GEN
RefSeq NM_000061
UniProt Q06187
Другие данные
Шифр КФ 2.7.10.2
Локус X-хр., Xq21.33—22

Тирозинкиназа Брутона (англ. Bruton tyrosine kinase, BTK) — нерецепторная тирозинкиназа Tec-семейства протеинкиназ. Тирозинкиназа Брутона играет важную роль в созревании и функционировании В-лимфоцитов и других клеток крови млекопитающих. Наибольшее внимание уделяется изучению человеческого и мышиного вариантов фермента. Мутации в гене этого белка являются причиной болезни Брутона (X-сцепленной агаммаглобулинемии), откуда он и получил своё название. Тирозинкиназа Брутона является компонентом сигнальных путей, начинающихся с пре-B-клеточного и B-клеточного рецепторов. Учитывая большое значение этих путей для B-клеток, эту тирозинкиназу рассматривают как перспективную мишень при лечении хронического лимфолейкоза и аутоиммунных заболеваний[1].

История открытия и структура гена[править | править вики-текст]

Ген тирозинкиназы Брутона был идентифицирован в 1993 году двумя независимыми группами как ген, вовлечённый в развитие агаммаглобулинемии (болезни Брутона)[2][3]. Было показано, что ген локализован в длинном плече Х-хромосомы. Ген тирозинкиназы Брутона имеет размер около 37,5 тысяч пар нуклеотидов и содержит 19 экзонов[1]. Было идентифицировано более 1000 различных мутаций данного гена у пациентов с агаммаглобулинемией[4]. На матрице гена синтезируется мРНК размером 2,7 тысяч нуклеотидов. Данных о возможности альтернативного сплайсинга пре-мРНК тирозинкиназы в нормальных клетках пока нет. Однако при некоторых типах лейкоза обнаруживаются неправильно сплайсированные мРНК, на которых синтезируются молекулы тирозинкиназы Брутона, лишённые киназной активности[5].

Отсутствие функциональной формы тирозинкиназы у больных агаммаглобулинемией приводит к сильному снижению количества В-лимфоцитов и антител в крови. Аналогичные мутации в гене тирозинкиназы у мышей вызывают состояние X-сцепленного иммунодефицита. Его проявления менее выражены, чем у людей, например, количество периферических В-лимфоцитов снижено всего вдвое[6][7].

Распространение и внутриклеточная локализация[править | править вики-текст]

Тирозинкиназа Брутона характерна для В-лимфоцитов на разных стадиях их развития: в развивающихся клетках в костном мозге содержится больше всего белка, с выходом клеток в кровь его количество снижается, а в плазматических клетках фермент уже не обнаруживается[8][9][10]. Кроме того, тирозинкиназа Брутона присутствует и в других клетках костномозгового происхождения: моноцитах/макрофагах, тучных клетках, нейтрофилах, эритробластах, тромбоцитах, дендритных клетках и остеокластах[11][12][13][14][15][16][17][18]. Однако в Т-лимфоцитах эта киназа, по всей видимости, не синтезируется[10]. Тирозинкиназа Брутона играет более важную роль в судьбе В-лимфоцитов, чем любых других клеток. Это подтверждается тем, что мутации в гене фермента при болезни Брутона затрагивают в первую очередь созревание именно этих клеток[1]. В клетках других типов функции тирозинкиназы, по всей видимости, дублируются другими ферментами.

Белки, гомологичные тирозинкиназе Брутона млекопитающих, обнаружены также у птиц, рыб и насекомых[19][20][21]. Однако несмотря на эволюционную консервативность аминокислотной последовательности этих белков, их функции различаются в разных группах организмов. Например, у дрозофилы гомолог тирозинкиназы важен для развития гениталий самцов, в то время как у млекопитающих этот фермент участвует в развитии и функционировании клеток иммунной системы.

Тирозинкиназа Брутона локализуется, главным образом, в цитоплазме клетки. При активации фермент перемещается в плазматическую мембрану за счёт взаимодействия PH-домена (см. ниже) с её компонентами. Небольшое количество белка обнаруживается также в клеточном ядре, это позволяет предполагать, что тирозинкиназа циркулирует между ядром и цитоплазмой. Известно, что экспорт фермента их ядра обеспечивает экспортин Crm1[22].

Структура[править | править вики-текст]

Димер, сформированный фрагментами тирозинкиназы Брутона (2—170 а. о.). Фрагмент включает PH-домен и Btk-мотив

Тирозинкинза Брутона человека состоит из 679 аминокислотных остатков и имеет молекулярную массу около 77 кДа. В белке выделяют следующие домены, начиная с N-конца: PH-домен (домен, гомологичный плекстрину), TH-домен (домен, гомологичный Tec; состоит из Btk-мотива и полипролинового региона), SH2-домен, SH3-домен и каталитический киназный домен[1].

PH-домен тирозинкиназы Брутона имеет характерную укладку и состоит из сильно изогнутого семитяжевого антипараллельного β-листа и С-концевой α-спирали. PH-домен связывает фосфатидилинозитолфосфаты цитоплазматической мембраны. Мутации в PH-домене, ассоциированные с болезнью Брутона, затрагивают аминокислотные остатки, непосредственно вовлечённые в связывание субстрата[23].

Btk-мотив соединён с С-концевой частью PH-домена линкером из 7—8 аминокислотных остатков. Глобулярное ядро Btk-мотива уложено напротив β-тяжей 5 и 7 PH-домена. В целом Btk-мотив представляет собой длинную петлю, которая складывается сама на себя и удерживается в таком положении за счёт иона цинка, формирующего координационные связи с остатками гистидина и цистеина. Ион цинка необходим для оптимальной активности и стабильности фермента. Одна из мутаций фермента, ассоциированных с болезнью Брутона, затрагивает один из цинксвязывающих остатков цистеина[23].

SH2-домен обеспечивает узнавание и связывание фосфотирозинсодержащих пептидов. SH3-домен связывает пролинбогатые участки других белков[24].

Регуляция[править | править вики-текст]

Количество и активность BTK регулируется на нескольких уровнях.

Регуляция на уровне транскрипции[править | править вики-текст]

Известно несколько факторов транскрипции, которые связываются и активируют промотор гена BTK: Sp1, Sp3, Spi-B, PU.1, OCT1/OBF1 и NF-κB (комплекс p65/p50). В последнем случае каталитическая активность BTK необходима для транслокации NF-κB в клеточное ядро, то есть имеет место авторегуляция тирозинкиназы Брутона по механизму положительной обратной связи[25].

Участие во внутриклеточной сигнализации[править | править вики-текст]

Функции[править | править вики-текст]

Тирозинкиназа Брутона играет роль в развитии нескольких онкологических заболеваний, преимущественно лейкозов. Некоторые данные указывают на онкогенные свойства BTK, другие — на свойства супрессора опухолей[26].

Роль в развитии заболеваний[править | править вики-текст]

B-клеточный острый лимфобластный лейкоз[править | править вики-текст]

Инактивирующие соматические мутации гена BTK при B-клеточном остром лимфобластном лейкозе встречаются относительно редко[5][27]. Однако во многих случаях в лейкозных клетках обнаруживают аберрантно сплайсированные мРНК BTK, на которых синтезируются укороченные формы белка, лишённые киназного домена[28][29].

Ингибиторы[править | править вики-текст]

Структура ибрутиниба

Понимание особой роли тирозинкиназы Брутона в патогенезе некоторых заболеваний привело к созданию ингибиторов её киназной активности с целью терапевтического применения. Одним из первых был разработан обратимый ингибитор киназ семейства Tec LFM-A13, который связывается с каталитической полостью тирозинкиназы, определяемой остатками Leu-460, Tyr-476, Arg-525 и Asp-539[30]. LFM-A13 ингибирует BTK в условиях in vitro c IC50=7,5 микромоль/литр. К 2013 году данных о клинической активности LFM-A13 получено не было[31].

К 2013 году были получены и другие обратимые ингибиторы BTK: ONO-WG-307, GDC-0834 и дазатиниб. ONO-WG-307 блокирует автофосфорилировние BTK по положению Tyr-223 с IC50=2 наномоль/литр. В доклинических испытаниях этот ингибитор показал эффективность в отношении диффузной B-крупноклеточной лимфомы подтипа ABC, фолликулярной лимфомы и хронического лимфолейкоза[31].

Дазатиниб был разработан как ингибитор тирозинкиназной активности BCR-ABL1 и применяется для лечения хронического миелобластного лейкоза и острого B-клеточного лимфобластного лейкоза, характеризующихся наличием химерного онкогена BCR-ABL1. Однако выяснилось, что он также обратимо ингибирует тирозинкинзу Брутона с IC50=5 наномоль/литр[32]. Дазатиниб был протестирован в клиническом исследовании II фазы на пациентах с рецидивирующим или устойчивым хроническим лимфолейкозом. В 20 % случаев был получен ответ на препарат, однако также были отмечены и частые серьёзные побочные эффекты[33].

Вторую группу ингибиторов BTK составляют ковалентные необратимые ингибиторы, такие как ибрутиниб (PCI-32765) и AVL-292 (CC-292). Обе молекулы образуют ковалентную связь с Cys-481 в активном сайте киназы. Эти ингибиторы характеризуются большей специфичностью в отношении тирозинкинзы Брутона и IC50=0,5 наномоль/литр.

Примечания[править | править вики-текст]

  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 (2009). «Bruton's tyrosine kinase (Btk): function, regulation, and transformation with special emphasis on the PH domain». Immunol Rev 228 (1): 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. (1993). «Deficient expression of a B cell cytoplasmic tyrosine kinase in human X-linked agammaglobulinemia». Cell 72 (2): 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. (1993). «The gene involved in X-linked agammaglobulinaemia is a member of the src family of protein-tyrosine kinases». Nature 361 (6409): 226—233. DOI:10.1038/361226a0. PMID 8380905.
  4. BTKbase
  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 (2005). «Deficiency of Bruton's tyrosine kinase in B cell precursor leukemia cells». Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102 (37): 13266—13271. DOI:10.1073/pnas.0505196102. PMID 16141323.
  6. Khan WN, Alt FW, Gerstein RM, Malynn BA, Larsson I, Rathbun G, Davidson L, Müller S, Kantor AB, Herzenberg LA, et al. (1995). «Defective B cell development and function in Btk-deficient mice». Immunity 3 (3): 283—299. PMID 7552994.
  7. Kerner JD, Appleby MW, Mohr RN, Chien S, Rawlings DJ, Maliszewski CR, Witte ON, Perlmutter RM (1995). «Impaired expansion of mouse B cell progenitors lacking Btk». Immunity 3 (3): 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. (1994). «Expression of Bruton's tyrosine kinase protein within the B cell lineage». Eur. J. Immunol. 24 (12): 3100—3105. DOI:10.1002/eji.1830241228. PMID 7805739.
  9. Nisitani S, Satterthwaite AB, Akashi K, Weissman IL, Witte ON, Wahl MI (2000). «Posttranscriptional regulation of Bruton's tyrosine kinase expression in antigen receptor-stimulated splenic B cells». Proc Natl Acad Sci U S A 97 (6): 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. (1994). «Expression of Bruton's agammaglobulinemia tyrosine kinase gene, BTK, is selectively down-regulated in T lymphocytes and plasma cells». J. Immunol. 152 (2): 557—565. PMID 8283037.
  11. Kawakami Y, Yao L, Miura T, Tsukada S, Witte ON, Kawakami T (1994). «Tyrosine phosphorylation and activation of Bruton tyrosine kinase upon Fc epsilon RI cross-linking». Mol. Cell. Biol. 14 (8): 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 (1994). «Tyrosine phosphorylation and activation of Bruton tyrosine kinase upon Fc epsilon RI cross-linking». Mol. Cell. Biol. 14 (8): 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 (1998). «Deficient expression of Bruton's tyrosine kinase in monocytes from X-linked agammaglobulinemia as evaluated by a flow cytometric analysis and its clinical application to carrier detection». Blood 91 (2): 595—602. DOI:10.1128/​MCB.14.8.5108. PMID 9427714.
  14. Quek LS, Bolen J, Watson SP (1998). «A role for Bruton's tyrosine kinase (Btk) in platelet activation by collagen». Curr. Biol. 8 (20): 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 (1998). «Tyrosine kinase expression profiles of chicken erythro-progenitor cells and oncogene-transformed erythroblasts». J Biomed Sci. 5 (2): 93—100. PMID 9662068.
  16. Gilbert C, Levasseur S, Desaulniers P, Dusseault AA, Thibault N, Bourgoin SG, Naccache PH (2003). «Chemotactic factor-induced recruitment and activation of Tec family kinases in human neutrophils. II. Effects of LFM-A13, a specific Btk inhibitor». J. Immunol. 170 (10): 5235—5243. PMID 12734372.
  17. Gagliardi MC, Finocchi A, Orlandi P, Cursi L, Cancrini C, Moschese V, Miyawaki T, Rossi P (2003). «Bruton's tyrosine kinase defect in dendritic cells from X-linked agammaglobulinaemia patients does not influence their differentiation, maturation and antigen-presenting cell function». Clin. Exp. Immunol. 133 (1): 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 (2008). «The Tec Family Tyrosine Kinase Btk Regulates RANKL-induced Osteoclast Maturation». J Biol Chem 283 (17): 11526—11534. DOI:10.1074/jbc.M708935200. PMID 18281276.
  19. Нуклеотидная последовательность мРНК BTK Gallus gallus
  20. Haire RN, Strong SJ, Litman GW (1998). «Tec-family non-receptor tyrosine kinase expressed in zebrafish kidney». Immunogenetics 47 (4): 336—337. PMID 9472071.
  21. Baba K, Takeshita A, Majima K, Ueda R, Kondo S, Juni N, Yamamoto D (1999). «The Drosophila Bruton's tyrosine kinase (Btk) homolog is required for adult survival and male genital formation». Mol. Cell. Biol. 19 (6): 4405—4413. PMID 10330180.
  22. Mohamed AJ, Vargas L, Nore BF, Backesjo CM, Christensson B, Smith CI (2000). «Nucleocytoplasmic shuttling of Bruton's tyrosine kinase». J. Biol. Chem. 275 (51): 40614—40619. DOI:10.1074/jbc.M006952200. PMID 11016936.
  23. 1 2 Hyvönen M., Saraste M. Structure of the PH domain and Btk motif from Bruton's tyrosine kinase: molecular explanations for X-linked agammaglobulinaemia // EMBO J. — 1997. — В. 12. — Т. 16. — С. 3396—3404. — PMID 9218782.
  24. Uckun F. M. Bruton's tyrosine kinase (BTK) as a dual-function regulator of apoptosis // Biochem Pharmacol. — 1998. — В. 6. — Т. 56. — С. 683-691. — PMID 9751072.
  25. Yu L., Mohamed A. J., Simonson O. E., Vargas L., Blomberg K. E., Björkstrand B., Arteaga H. J., Nore B. F., Smith C. I. Proteasome-dependent autoregulation of Bruton tyrosine kinase (Btk) promoter via NF-kappaB // Blood. — 2008. — В. 9. — Т. 111. — С. 4617-4626. — DOI:10.1182/blood-2007-10-121137 — PMID 18292289.
  26. Hendriks R. W., Kersseboom R. Involvement of SLP-65 and Btk in tumor suppression and malignant transformation of pre-B cells // Semin Immunol. — 2006. — В. 1. — Т. 18. — С. 67—76. — PMID 16300960.
  27. Katz F. E., Lovering R. C., Bradley L. A., Rigley K. P., Brown D., Cotter F., Chessells J. M., Levinsky R. J., Kinnon C. Expression of the X-linked agammaglobulinemia gene, btk in B-cell acute lymphoblastic leukemia // Leukemia. — 1994. — В. 4. — Т. 8. — С. 574—7. — PMID 8152253.
  28. Goodman P. A., Wood C. M., Vassilev A. O., Mao C., Uckun F. M. Defective expression of Bruton's tyrosine kinase in acute lymphoblastic leukemia // Leuk Lymphoma. — 2003. — В. 6. — Т. 44. — С. 1011—8. — PMID 12854903.
  29. Feldhahn N., Klein F., Mooster J. L., Hadweh P., Sprangers M., Wartenberg M., Bekhite M. M., Hofmann W. K., Herzog S., Jumaa H., Rowley J. D., Müschen M. Mimicry of a constitutively active pre-B cell receptor in acute lymphoblastic leukemia cells // J Exp Med. — 2005. — В. 11. — Т. 201. — С. 1837—52. — PMID 15939795.
  30. Mahajan S., Ghosh S., Sudbeck E. A., Zheng Y., Downs S., Hupke M., Uckun F. M. Rational design and synthesis of a novel anti-leukemic agent targeting Bruton's tyrosine kinase (BTK), LFM-A13 [alpha-cyano-beta-hydroxy-beta-methyl-N-(2, 5-dibromophenyl)propenamide] // J Biol Chem. — 1999. — В. 14. — Т. 274. — С. 9587—99. — PMID 10092645.
  31. 1 2 Aalipour A., Advani R. H. Bruton tyrosine kinase inhibitors: a promising novel targeted treatment for B cell lymphomas // Br J Haematol. — 2013. — В. 4. — Т. 163. — С. 436—43. — DOI:10.1111/bjh.12573 — PMID 24111579.
  32. Hantschel O., Rix U., Schmidt U., Bürckstümmer T., Kneidinger M., Schütze G., Colinge J., Bennett K. L., Ellmeier W., Valent P., Superti-Furga G. The Btk tyrosine kinase is a major target of the Bcr-Abl inhibitor dasatinib // Proc Natl Acad Sci U S A. — 2007. — В. 33. — Т. 104. — С. 13283—8. — PMID 17684099.
  33. Amrein P. C., Attar E. C., Takvorian T., Hochberg E. P., Ballen K. K., Leahy K. .M., Fisher D. C., Lacasce A. S., Jacobsen E. D., Armand P., Hasserjian R. P., Werner L., Neuberg D., Brown J. R. Phase II study of dasatinib in relapsed or refractory chronic lymphocytic leukemia // Clin Cancer Res. — 2011. — В. 9. — Т. 17. — С. 2977—86. — DOI:10.1158/1078-0432.CCR-10-2879 — PMID 21402714.