Strukturbiologie der humanen PIM-1-Kinase

Betz, Katja; Fischer, Rainer

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-16465

Strukturbiologie der humanen PIM-1-Kinase

Betz, Katja (Author)

2006

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Katja Betz

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2006

Umfang102 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2006

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Fischer, Rainer (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2006-04-04

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-16465
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/52567/files/Betz_Katja.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Biowissenschaften, Biologie (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Im Leitprojekt Schmerz der Grünenthal entdeckte man die PIM-1 in höherer Quantität in hippokampalen Geweben von Organismen, die unter der Krankheit „chronic pain“ litten. Bei dem Protein PIM-1 handelt es sich um eine Serin-/Threoninkinase, die der Enzymgruppe CaM-Kinasen (Ca2+/Calmodulin-abhängigen Proteinkinasen) angehört. Schmerz ist in der heutigen Zivilisation eine verbreitete Krankheit, die nach neuen Medikamenten mit geringeren Nebenwirkungen und besserer Wirksamkeit fragt. Pharmazeutische Unternehmen, die an der Drugentwicklung gegen „chronic pain“ interessiert sind, unterstützten die Strukturanalyse der PIM-1 [Braun et al., 1995]. Die PIM-1-Kinase wurde zuerst in Moloney Murine Leukemia Virus induzierten T-Zell Lymphomas identifiziert. Das Expressionsmuster der PIM-1 ist vielfältig und das Protein ist überexprimiert in einer Reihe von Tumoren, die höchste Expressionsmenge zeigte die PIM-1 in hämatopoietischen Blutzellen und Keimzellinien. PIM-1 wird induziert durch Zytokinine wie Interleukine und GM-CSF durch den Jak/STAT Weg durch Stabilisierung des negativen Regulators Socs-1. Weiter zeigten neue Daten, daß PIM-1 verbunden ist mit der Kontrolle des Zellzyklus und Apoptose. Mit massenspektrometrischen Analysen konnten die drei Peaks, erhalten durch Erniedrigen des NaCl-Gradienten von zwei auf 0,8%/cv bei der Aufreinigung mit Anionenaustauscher, nach verschiedenen Phosphorylierungsstadien der PIM-1 unterschieden werden. Der erste Peak zeigt eine dreifache Phosphorylierung, der zweite eine vierfache und der dritte Peak eine sechsfache Phosphorylierung. Viele Kinasen werden durch Phosphorylierung in der variablen Schleife reguliert [Szczepanowska et al., 1998]. Diese durch Phosphorylierung aktivierten Kinasen stehen Kinasen gegenüber, die konstitutiv aktiv sind, d.h. für ihre Aktivierung ist ihre Phosphorylierung nicht notwendig. Die Kinaseassays, durchgeführt durch die Grünenthal GmbH zeigen in allen 3 Peaks der PIM-1 ähnliche Kinaseaktivitäten. Es konnten keine Unterschiede in der PIM-1-Aktivität auf Grund unterschiedlicher Phosphorylierungsformen festgestellt werden. Somit wird vermutet, dass die Aktivität der PIM-1 über einen anderen Regulationsmechanismus kontrolliert wird. Vermutlich wird die PIM-1, wie in vielen Regulationsmechanismen bekannt, über einige Faktoren reguliert: Elektrostatisch über die Calciumkonzentration, über die Expression und Translation des Gens pim-1, über die konstitutive Aktivität der Kinase, verursacht durch intramolekulare Wechselwirkungen in der strukturellen Konformation, sowie über Abbaumechanismen der Enzyme über das Proteasom. Die Menge seiner Expression und folglich seine Kapazität, das Zielprotein in dendritischen und nukleären Kompartimenten zu phosphorylieren, ist ein bestimmender Faktor für die Etablierung lang anhaltender Veränderungen in der synaptischen Übertragungsstärke. Die meisten Kinaseinhibitoren sind gegen die konservierte ATP-Bindungsstelle gerichtet, weil das grundlegende Muster dieser Stelle in allen eukaryotischen Proteinkinasen konserviert ist. Die hochkonservierte Natur der ATP-Bindungsstelle macht sie zur zentralen Bedeutung für die rationale Wirkstoffentwicklung [Cherry et al., 2004]. Verbindungen wie Adenosin, ATP, ANP u.a. werden in ähnlicher Weise an Proteinkinasen gebunden [De Moliner et al., 2003]. Die Apo-Pim- und die Kokristallstrukturen der PIM-1 zeigen zwar konformationelle Veränderungen, sie sind jedoch nicht so deutlich gezeigt wie in Kinasen, die durch ihre Phosphorylierung aktiviert werden, siehe auch cAMP-abhängige Proteinkinasen 1CMK, 1CTP, 1CDK.

The protein PIM-1 is a serine/threonine kinase which is expressed of the gene pim-1. pim-1 is a proto-oncogene which is implicated in molecular mechanisms of differentiating and proliferation. The cristallography allows to determine the structures of macromolecules. For this the protein kinase PIM-1 has been expressed in E.coli, purified, and found in different phosphorylation forms. These phosphorylations forms were differentiated in three main peaks by the Anionic Exchange Column of Amersham Pharmacia, MonoQ HR 10/10, controlled by the NaCl-gradient. Most kinases are regulated by the phosphorylation of their variable loop. But there exist other kinases which are constitutive active. This means for their activity the phosphorylation is not necessary. Kinase assays carried out by Gruenenthal GmbH showed that all phosphorylation forms of PIM-1 have similar kinase activities. This means PIM-1 is regulated by another mechanism than phosphorylation. For example by the expression and translation of its gene pim-1, by intramolecular interactions between the loops and its degradation by the proteasom. Most of the kinase inhibitors are designed to the ATP pocket because this location is in all eucaryotic protein kinases highly conserved.

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