Proteinkinase B

Die Proteinkinase B (PKB) oder AKT ist eine wichtige Serin/Threonin-Kinase. Ihre Bedeutung spiegelt sich in der Anzahl ihrer Isoformen und der hochgradigen Konserviertheit innerhalb der Evolution wieder.

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Identifizierung der AKT-Gene

Das Prototyp-AKT-Gen AKT1 wurde im Jahr 1991 von drei Gruppen entdeckt. Die Gruppen von Brian Hemmings und J. R. Woodgett suchten mittels homologer Klonierung zelluläre Kinasen, die den Proteinkinasen PKA und PKC ähnlich sind und nannten diese Kinase PKBα bzw. RAC-PK (Protein kinase - realted to PKA & PKC). Die Arbeitsgruppe von Tsichlis hingegen charakterisierte ein virales Onkogen - v-AKT - als transformierendes Agens in dem schlecht charakterisierten Retrovirus AKT8 und fand somit das virale Gegenstück zur eukaryotischen Serin/Threonin-Kinase. Wenig später wurden dann noch hochgradig homologe Isoformen AKT2 und AKT3 kloniert.

AKT1 wird in Eukaryoten ubiquitär exprimiert, ebenso AKT3, aber in geringerem Ausmaß. AKT2 wird vor allem in Insulin-sensiblem Geweben exprimiert.

Isoformen und Struktur

Alle drei AKT-Gen-Isoformen kodieren für in ihrer Peptid-Sequenz hochgradig homologe Proteinkinasen AKT1/PKBα, AKT2/PKBβ und AKT3/PKBγ mit einer N-terminalen "Pleckstrin-Homologie" (PH-) Domäne, einer zentralen Kinase-Domäne und einer C-terminalen hydrophoben Domäne mit regulatorischer Funktion. Von AKT3/PKBγ gibt es zwei splicing-Varianten mit unterschiedlichem C-terminalen Ende.

Regulation seiner Kinaseaktivität

Für eine adäquate Zellhomeostase muss die Aktivität der Kinase über diverse Mechanismen kontrolliert werden:

• Sekundäre Botenstoffe (Phospholipid-Derivate)
  • PIP3
• Post-translationale Modifikationen
  • aktivierende Phosphorylierungen T308, S473 durch andere Kinasen
  • Auto-Phosphorylierung
• Protein-Protein-Interaktionen
  • Oligomerisierung mit dem Onkogen TCL-1

PKB-Signalweg

Die Proteinkinase B spielt eine zentrale Rolle in der Homöostase der Zelle mit unzähligen physiologischen Auswirkungen.

Im Signalweg oberhalb der PKB ist es die Phosphoinositid-3-Kinase (PI3K), die durch die Generierung der sekundären Botenstoffe PIP3 die wichtigste regulative Aufgabe im sogenannten PI3K/AKT-Signalweg einnimmt.

Die Proteinkinase B bindet mit ihrer PH-Domäne an PIP3 und wird dadurch an die Zellmembran rekrutiert. Dort wird sie von anderen Kinasen, PDK1 und mTORC2, an ihren Aminosäuren Serin 473 und Threonin 308 phosphoryliert und dadurch aktiviert. Aktivierte PKB kann von der Zellmembran in andere Zellkompartimente, wie den Zellkern, translozieren, um dort diverse Substrate zu phosphorylieren. Ein Enzym, das diesem Mechanismus entgegenwirkt, ist die Phosphatase PTEN, die PIP3 inaktiviert, indem es eine Phosphatgruppe abspaltet. PTEN ist ein typischer Tumorsuppressor und wird dementsprechend in vielen Tumorklonen mittels Mutationen inaktiviert. Solche Tumorzellen mit einer "loss-of-function" in PTEN und einer (daraus resultierenden) überaktiven PKB sind proliferative Tumore mit häufiger Resistenz gegenüber Chemotherapeutika.

Darüber hinaus gibt es noch ein Reihe weiterer Proteine, die mit PKB interagieren und sie in ihrer Aktivität beeinflussen. Ein bekanntes ist TCL1, welches im Zytosol mit AKT über seine PH-Domäne oligomerisieren kann und zu einer Aktivierung der Kinaseaktivität von AKT führt.

Substrate und physiologische Konsequenzen

Es gibt eine Reihe von putativen und beschriebenen Substrate der Proteinkinase B, die ganz unterschiedliche physiologische Folgen mit sich bringen.

• Bad
• Forkhead Transkriptionsfaktoren
• Caspase-9
• GSK-3β
• p21 und p27, Inhibitoren der CDKs
• HDM-2/MDM-2

PKB/Akt und Krebs

Der Umstand, dass der AKT8-Retrovirus in Mäusen ein T-zelluläres Lymphom induzieren kann, unterstrich die Bedeutung der Proteinkinase B in der Transformation und Krebsentstehung und führte dazu, dass viele Gruppen in diese Richtung ihre Forschung ausrichteten.

AKT(E17K)

Es wurde eine Mutation in der PH-Domäne von AKT1 gefunden, die Krebs verursachen kann^[1]. Dabei handelt es sich um eine Punktmutation (G>A) bei Nukleotid 49, welche zum Austausch der Aminosäure 17 der PH-Domäne führt (Glutaminsäure wird durch Lysin ersetzt). Diese AKT-Mutante wird AKT(E17K) genannt.

Durch die Mutation ändert sich die Konformation der PH-Domäne und AKT kann an die Membran binden (und dort aktiviert werden), selbst wenn kein PIP3 vorhanden ist. Eine Regulation der AKT-Aktivierung über die PIP-Phosphorylierung bzw. die PI3-Kinase-Aktivität ist also nicht mehr möglich.

Die genannte Mutante wurde in 8% Brustkrebs, 6% kolorektalem Krebs und 2% Eierstockkrebs gefunden.

Die Aktivität der einzelnen Kinase ist so groß wie die des Wildtyps; jedoch sind durch die häufige Membranassoziation dauerhaft mehr Kinasen aktiv als in Wildtyp-Zellen. Dadurch werden vermehrt anti-apoptotische und die Proliferation anregende Signalwege aktiviert, was schließlich zur Entartung der Zellen führen kann. In Mäusen verursacht die Mutante beispielsweise mit einer Wahrscheinlichkeit von 60% Leukämie (Wildtyp: 0%).

Einzelnachweise

1. ↑ A transforming mutation in the pleckstrin homology domain of AKT1 in cancer, Nature, Vol. 448, Seiten 439–444, 26. Juli 2007

Referenzen

• Bellacosa et al. A Portrait of AKT kinases. Cancer Biology and Therapy 3:3, 268-275. 2004
• Toker & Yoeli-Lerner. Akt Signaling and Cancer: Surviving but not Moving on. Cancer Research 66: (8). April 15, 2006