B-Raf ("Serine / treonine protein kinase B-raf"; angol szerin / treonin-protein kinase B-raf ; EC : 2.7.11.25), vagy c-RAF ("proto-oncogene c-RAF"; angol proto - onkogén c-RAF )a MAP3K családba tartozó citoszol szerin/treonin protein kináz . B-Raf BRAF proto-onkogén termék [1] [2] .
A kináz B-Raf részt vesz a sejtnövekedést célzó intracelluláris jelek kialakításában. 2002-ben a BRAF gén mutációját összefüggésbe hozták az emberi rák kialakulásával [3] . Ebben a génben néhány más mutáció születési rendellenességeket okozhat.
Terápiás szereket fejlesztettek ki a BRAF mutációk által okozott rákos megbetegedések kezelésére . Az FDA legalább két ilyen szert, a vemurafenibet [4] és a dabrafenibet jóváhagyta az előrehaladott melanoma kezelésében. A vemurafenib volt az első jóváhagyott gyógyszer, amelyet töredezett gyógyszertervezés alapján fejlesztettek ki .
A B-Raf fehérje a Raf jelátviteli protein kináz család tagja . A fehérje szerepet játszik a MAPK / ERK jelátviteli útvonalak szabályozásában, amelyek befolyásolják a sejtosztódást, differenciálódást és szekréciót [5] .
A B-Raf fehérje 766 aminosavból áll . A molekula három olyan domént tartalmaz, amelyek a Raf kináz családba tartozó fehérjékre jellemzőek : az 1. strukturális régiót (CR1), amely tartalmazza a Ras-GTP-kötő önszabályozó domént [6] ; strukturális régió 2 (CR2), egy szerinben gazdag csuklórégió, és strukturális régió 3 (CR3), egy protein kináz katalitikus régió, amely képes foszforilálni egy kanonikus szekvenciát egy fehérje szubsztrátumon [7] . Az aktív konformációban a B-Raf dimert képez a kináz domén hidrogén- és elektrosztatikus kötései miatt [8] .
A CR1 domén autoinhibálja a CR3 fehérje kináz doménjét, így inkább szabályozó, mint strukturális domén [7] . A 155–227-es humán fehérjerégió [9] egy Ras-GTP-kötő hely, amely a Ras-GTP-hez kötődik, amely a CR1-hez kötve felszabadítja az utóbbit, és enyhíti a kináz autoinhibíciót. A 234–280. szekvencia egy cink-ujj -motívumot tartalmaz, amely forbol - észterhez vagy diacil -glicerinhez kötődik, és részt vesz a B-Raf sejtmembránhoz való rögzítésében, miután Ras -hoz kötődik [9] [10] .
A CR1 domén folyékony csuklókapcsolatot biztosít a CR1 és CR3 domének között, és csuklóként működik [7] .
A CR3 domén (457–717. régió) [9] a fehérje enzimatikus kináz doménje. Ez egy rendkívül konzervatív szerkezet [11] , amely két lebenyből áll, amelyeket egy kis csuklós terület köt össze [12] . A domén kisebb N-terminális lebenye (457-530. régió) elsősorban az ATP-kötésért, míg a nagyobb C-terminális lebeny (535-717. régió) a fehérje szubsztráthoz kötődik [11] . Az enzim aktív helye a lebenyek közötti mélyedésben található, a katalitikus D576 aszparaginsav pedig a C-terminális lebenyben található, és az interlobar mélyedés belsejében helyezkedik el [ 9] [11] .
A CR3 tartomány szakaszaiA B-Raf P-hurka (464–471. régió) stabilizálja az ATP nem hordozható foszfátcsoportját az enzim ATP-hez való kötődése során. Különösen a -467 szerin , a -468 fenilalanin és a glicin -469 képez hidrogénkötéseket az ATP β-foszfáttal az ATP molekula rögzítése érdekében. A B-Raf kináz domén funkcionális motívumait a protein kináz A- val való homológiájuk elemzésével határoztuk meg [11] .
Nukleotidkötő csomag ( V 471, C 532, W 531, T 529, L 514 és A 481) egy hidrofób csomag, amelyben az ATP adenint van der Waals kötések rögzítik az ATP megkötése után [11] [13] .
A katalitikus hely magában foglalja az 574-581 régiót, amely biztosítja az ATP γ-foszfát átvitelét a B-Raf-ról a fehérje szubsztrátjára. Konkrétabban , a D 576 proton akceptorként működik a nukleofil oxigén aktiválásakor a szerin vagy treonin hidroxilcsoportjában a szubsztrát molekulában, ami lúgos katalízis következtében foszfáttranszfer reakciót biztosít [11] .
A DFG motívum tartalmazza a D594, F595 és G596 aminosavakat, és kritikus B-Raf motívum a fehérje működéséhez mind inaktív, mind aktív állapotban. Az F595 fehérje inaktív konformációjában egy nukleotidkötő csomagot foglal el, és megakadályozza az ATP bejutását a csomagba, csökkentve a katalízis valószínűségét [8] [13] [14] . Az aktív konformációban a D594 egy kétértékű mangán kationt köt meg , amely stabilizálja az ATP β- és γ-foszfát csoportjait, és orientálja a γ-foszfátot a szubsztráthoz való átvitelhez [11] .
Az aktiváló hurok egy 596-600 régiót tartalmaz, amely erős hidrofób kötést hoz létre a P-hurokkal az inaktív kináz konformációban, inaktív állapotba zárva a kinázt, amíg az aktivációs hurok foszforilálódik, ami destabilizálja ezeket a kötéseket a kináz jelenléte miatt. negatív töltés. Ez kiváltja a kináz aktív állapotba való átmenetét. Konkrétabban, az aktiváló hurok L597 és V600 kölcsönhatásba lép a P hurok G466-tal, F468-cal és V471-gyel, ami a kináz domént inaktív állapotban tartja, amíg a kináz domén foszforilálódik [12] .
A B-Raf egy szerin-treonin protein kináz, és katalizálja a szerin és treonin csoportok foszforilációs reakcióját egy meghatározott szekvenciában a célfehérjéken, az ATP-t használva foszfátforrásként, ADP-t és foszforilált fehérjét képezve a reakció kimenetén [11] . A kináz egy szigorúan szabályozott enzim, amely a jelátvitelben vesz részt, ezért a B-Raf-nak kötődnie kell a GTP-Ras-hoz, hogy aktívvá váljon [10] . A B-Raf aktiválása után a kináz konzervált katalitikus magja fehérje szubsztrátokat foszforilál a szerin vagy treonin hidroxilcsoportjának oxigénatomjának nukleofil támadásával az ATP γ-foszfát csoportja által a bimolekuláris nukleofil szubsztitúciós reakció során [11] [15] [16] [17]
Normális esetben inaktív állapotban a CR3 kináz domént két mechanizmus blokkolja: a CR1 saját szabályozó doménje általi autoinhibíció és a kulcsszerin és tirozin poszttranszlációs foszforilációjának hiánya a CR2 csuklórégióban. A B-Raf aktiváció során a CR1 autoinhibitor domén megköti a GTP-Ras effektor domént a Ras-kötő helyén, és ennek eredményeként felszabadítja a CR3 katalitikus domént. A CR1-Ras kölcsönhatást tovább fokozza a ciszteinben gazdag aldomén Ras-hoz és sejtmembrán-foszfolipidekhez való kötődése [7] . Az A-Raf- tól és C-Raf -től eltérően , amelyek CR2 doménjét bizonyos aminosavak bizonyos hidroxilcsoportjainál kell foszforilálni, a B-Raf-ban a CR2 domén az S445 -nél tartósan foszforilálódik [18] . Ez lehetővé teszi, hogy a negatív töltésű foszfoszerin azonnal leválassza a CR1 kináz domént sztérikus és elektrosztatikus kölcsönhatások révén, amint a szabályozó domén levált, felszabadítva a kináz domént, hogy kölcsönhatásba lépjen a szubsztrát fehérjékkel.
CR3 aktiválásA CR1 autoinhibitor szabályozó doménjének távozását követően a CR3 kináz doménjének át kell alakulnia egy ATP-hez kötött aktív konformációba . A DFG motívumban lévő inaktív F595 konformációban blokkolja a hidrofób adeninkötő zsebet, míg az aktiváló hurok hidrofób kölcsönhatást alakít ki a P-hurokkal, megakadályozva, hogy az ATP kötődjön az ATP-kötő helyhez. Az aktiváló hurok foszforilációja után a foszfát negatív töltése destabilizálja a hidrofób kölcsönhatást a P-hurokkal. Ennek eredményeként az aktiváló hurok megváltoztatja a konformációját, és a kináz domén C-terminális lebenyén halad végig. Ennek során a stabilizáló β-lemez kölcsönhatásait alakítja ki a β6-struktúrával. Ezzel egyidejűleg a foszforilált maradék megközelíti a lizin K507-et, stabilizáló sóhidat képezve, és ebben a helyzetben rögzíti az aktiváló hurkot. A DFG motívum megváltoztatja a konformációt az aktiváló hurokkal, ami azt eredményezi, hogy az F595 maradék kilép az adeninkötő helyről az alfa hélix melletti hidrofób zsebbe. A DFG motívum és az aktiváló hurok ezen mozgásainak eredményeként a foszforiláció megnyitja az ATP-kötő helyet. Mivel a szubsztrátkötő és katalitikus helyek már a helyükön voltak, maga az aktivációs hurok foszforilációja aktiválja a leírt láncreakción keresztül a B-Raf kináz domént, ami ténylegesen kinyitja a kész aktív hely fedelét [12] .
A fehérje foszforilációjának hatékony katalizálása érdekében a szerin és treonin maradékok bimolekuláris cseréjén keresztül ADP-vel mint kilépő reakciótermékkel, a B-Raf-nek először meg kell kötnie az ATP-t, majd stabilizálnia kell a köztes állapotot, miközben az ATP γ-foszfát transzportálódik [11] .
ATP kötésA B-Raf úgy köti meg az ATP-t, hogy egy adenin nukleotidot rögzít egy nem poláris zsebben, és orientálja az ATP-t hidrogénkötéssel és foszfátcsoportokkal való elektrosztatikus kölcsönhatásokkal. A P-hurok és a DFG motívum mellett a K483 és E501 aminosavak is részt vesznek a foszfátintoleráns csoportok stabilizálásában. A K483 primer aminocsoportjának pozitív töltése lehetővé teszi az ATP α- és β-foszfát csoportjának negatív töltésének stabilizálását, amikor az ATP kötődik a kinázhoz. ATP hiányában a pozitív töltést az E501 karboxilcsoport negatív töltése semlegesíti [11] [12] .
FoszforilációAmikor az ATP kötődik a B-Raf kináz doménjéhez, az enzim katalitikus helyének D576-ja aktiválja a szubsztrátfehérje hidroxilcsoportját, növelve annak nukleofilségét, és ezzel elősegíti a foszforilációs reakciót, míg a katalitikus hely egyéb aminosavai stabilizálják a fehérje hidroxilcsoportját. köztes állapot. Az N581 keláttá alakítja az ATP-hez kapcsolódó kétértékű magnézium-kationt, segítve a molekula megfelelő orientációját az optimális helyettesítési reakcióhoz. A K578 semlegesíti az ATP γ-foszfátjának negatív töltését, így az aktivált szubsztrát nem szenved elektronikus taszítást a foszfáttal való reakció során. A foszfátcsoport átvitele után a keletkező ADP reakciótermékek és a foszfoprotein felszabadulnak az enzim katalitikus centrumából [11] .
Mivel a folyamatosan aktív B-Raf kináz mutáns formái a sejtnövekedésre irányuló megnövekedett sejtjel miatt rákos daganatok kialakulásához vezetnek, a fehérje kináz doménjének inaktív és aktív konformációjának inhibitorait daganatellenes gyógyszerként fejlesztették ki. [12] [13] [14 ] .
SorafenibA BAY43-9006 (Sorafenib , a Nexavar része, Bayer AG ) egy FDA által jóváhagyott mutáns B-Raf V600E inhibitor elsődleges máj- és veserák kezelésére. Az inhibitor blokkolja a B-Raf kináz doménjét, így az enzimet inaktív formában zárja. Az inhibitor ezt úgy éri el, hogy blokkolja az ATP-kötő zsebet a kináz domén iránti nagy affinitás révén. Ezután kötődik a DFG-motívum aktiváló hurkjához, megakadályozva ezeknek a régióknak az aktívvá válását. Végül az inhibitor trifluor-metil-fenil-komponense sztérikusan blokkolja az aktiváló hurkot és a DFG-motívumot, és lehetetlenné teszi azok aktív konformációvá való átalakulását [12] .
Az inhibitor disztális piridincsoportja a kináz domén N-lebenyének hidrofób nukleotid-kötő zsebébe horgonyoz, kölcsönhatásba lépve a triptofán W531 fehérjemaradékaival, valamint az F583 és F595 fenilalaninokkal . Az inhibitor hidrofób kötései az enzim katalitikus centrumának F583-jával és a DFG motívum F595-ével stabilizálják ezen helyek inaktív konformációját, csökkentve az enzimaktiváció valószínűségét. Az inhibitor központi fenilgyűrűjének ezt követő hidrofób kölcsönhatásai az enzim K483, L514 és T529 aminosavaival tovább növelik az inhibitor affinitását az enzim kináz doménje iránt. Az F595 maradék hidrofób kölcsönhatása az inhibitorral a DFG konformációs átmenet valószínűségét is még energikusabban csökkenti. Végül, az inhibitor poláris kölcsönhatása a kináz doménnel tovább növeli az inhibitor kötődési affinitását az enzimhez, és tovább stabilizálja a DFG motívumot inaktív állapotában. Az E501 és C532 aminosavak hidrogénnel kötődnek az inhibitormolekulában lévő karbamid- és piridin-maradékokhoz. Az inhibitormolekulában található karbamidmaradék karbonilcsoportja a D594-ben található amid-nitrogénhez hidrogén kötődik, ami ennek következtében teljesen lezárja a DFG-motívumot [12] .
A trifluor-metil-fenil-csoport megerősíti az inaktív konformáció termodinamikai preferenciáját, amikor a kináz domént az inhibitorhoz köti a DFG-motívum αC- és αE-hélixei közötti hidrofób zseb térbeli blokkolása és az aktiváló hurok miatt, aminek részt kell vennie a enzim átmegy az aktív konformációba [12] .
VemurafenibA PLX4032 ( Vemurafenib ) az FDA által jóváhagyott B-Raf V600E mutáns inhibitora előrehaladott melanoma kezelésére [8] . Ellentétben a szorafenibbel (BAY43-9006), amely gátolja a kináz inaktív formáját, a vemurafenib gátolja az enzim aktív formáját az aktivált DFG-motívum szakaszában [13] [14] azáltal, hogy szilárdan rögzíti az ATP-kötőhelyet. Azáltal, hogy csak a kináz aktív formáját gátolja, a vemurafenib szelektíven csak a B-Raf kináz szabályozatlan formájával rendelkező sejtek proliferációját gátolja, ami rákos daganat kialakulásához vezet.
Mivel a vemurafenib csak a gyógyszer farmakokinetikájának javítása érdekében hozzáadott fenilgyűrűben tér el elődjétől, a PLX4720-tól [14] , mindkét anyag hatásmechanizmusa megegyezik. A PLX4720 nagy affinitással rendelkezik a kináz domén ATP-kötő helyéhez, részben a biciklusos 7-aza-indol inhibitor molekula rögzítési helyének köszönhetően, amely csak abban különbözik az adenin ATP-kötő helyének természetes ligandumától . hogy az adenin mindkét nitrogénatomját szénatomok helyettesítik. Ez biztosítja az erős intermolekuláris kölcsönhatások megőrzését, mint például az N7 hidrogénkötések a C532-vel és az N1 a Q530-cal. Ezenkívül az ATP-kötő zsebbel (C532, W531, T529, L514, A481) való sztérikus illeszkedés növeli az inhibitor affinitását. A ketoncsoport hidrogénkötése és a difluor-fenil-csoport egybeesése a második hidrofób zsebbel (A481, V482, K483, V471, I527, T529, L514 és F583) szintén hozzájárul az inhibitor B-hez való nagy kötődési affinitásához. -Raf kináz domén. A vemurafenib szelektivitását a B-Raf aktív konformációjára szintén növeli a szulfanilamid - csoport pH-függő deprotonációja, amely a B-Raf aktív állapotában hidrogénnel kapcsolódik a D594 peptidkötés NH-csoportjához. A tény az, hogy a kináz inaktív állapotában a vemurafenib szulfanilamid csoportja ennek az aminosavnak a peptidkötésének karbonilcsoportjához kötődik, ami taszításhoz vezet, ezért a vemurafenib elsősorban a vemurafenib aktív konformációjához kötődik. B-Raf kináz domén [13] [14] .
A BRAF gén mutációi kétféleképpen vezethetnek rendellenességekhez. Először is, az örökletes génmutációk fejlődési rendellenességekhez vezethetnek. Másodszor, a gén lehet onkogén, és a későbbi szakaszokban megjelenő szomatikus mutációk rosszindulatú daganatok kialakulásához vezethetnek.
A BRAF örökletes mutációi cardio-facio-cutan szindrómához vezetnek , egy olyan betegséghez, amelyet szívhibák, mentális retardáció és a beteg sajátos megjelenése jellemez [19] .
Ennek a génnek a mutációi számos ráktípusban megtalálhatók , beleértve a non-Hodgkin limfómákat , a vastagbélrákot , a melanomát , a papilláris pajzsmirigykarcinómát, a nem kissejtes tüdőrákot, a tüdő adenokarcinómát, az agydaganatokat ( glioblasztóma , pleomorf xanthoasztrocitóma) és gyulladásos betegségeket, például mint Erdheim-Chester-kór [5] .
Emberben több mint 30 különböző génmutációt találtak, amelyek rosszindulatú daganatok kialakulásához kapcsolódnak. A BRAF - mutáció előfordulási gyakorisága nagymértékben változik a daganat típusától függően: a melanoma több mint 80%-ától a tüdőkarcinómában 1-3%-ig és a vastagbélrákban 5%-ig [20] . Az esetek 90%-ában, amikor a rák BRAF -mutációhoz kapcsolódik, a mutációt a gén 1799. nukleotidjánál a timinről adeninre történő változás okozza . Ez azt eredményezi, hogy az aktiváló régió 600-as kodonjában (ún. V600E) valin helyettesítődik glutaminsavval [21] . Ez a mutáció különösen gyakori a papilláris pajzsmirigykarcinómában, a vastagbélrákban, a melanomában és a nem-kissejtes tüdőrákban [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] . Az esetek 57%-ában a BRAF-V600E mutáció jelen van Langerhans sejt hisztocitózisban szenvedő betegeknél [29] .
Egyéb talált mutációk: R461I, I462S, G463E, G463V, G465A, G465E, G465V, G468A, G468E, N580S, E585K, D593V, F594L, G595R, L596I, V5, 99E, V5, 99E, V599E A legtöbb ilyen mutáció két klaszterben lokalizálódik: az N-terminális lebeny glicinben gazdag P-hurokban, valamint az aktiváló szegmensben és a szomszédos régiókban [12] . Ezek a mutációk az aktiváló szegmens inaktív állapotból aktív állapotba való változásához kapcsolódnak. Például a valin-599 alifás lánca kölcsönhatásba lép a fenilalanin-467 fenilgyűrűjével a P-hurokban. A hidrofób valin nagy töltésű (negatív és pozitív töltésű) maradékokkal való helyettesítése humán rákban (azaz glutaminsav, aszparaginsav, lizin vagy arginin) destabilizálja a DFG motívum kölcsönhatásait egy inaktív konformációban, ami egy aktiváló szegmens átmenetéhez vezet. aktív állapotba. A mutációtól függően a B-Raf kinázaktivitása a különböző mitogén-aktivált kináz-kinázokhoz (MEK-ekhez) képest változhat. A legtöbb onkogén mutáció növeli a B-Raf aktivitást. Mások más mechanizmuson keresztül okoznak rákot: bár csökkenthetik a B-Raf aktivitását, konformációs változást eredményeznek a B-Rafban, ami stimulálja a C-RAF kinázt, amely az ERK jelátviteli útvonalakon keresztül hat .
BRAF-V600EA B-Raf a következő sejtfehérjékkel lép kölcsönhatásba: AKT1 [31] , C-Raf [32] , HRAS [33] [34] és YWHAB [35] [36] .
![]() |
---|
Mitogén által aktivált protein kinázok | |
---|---|
Aktiválás | Mitogének |
MAP kináz kináz kináz (MAP3K vagy MKKK) | |
MAP kináz kináz (MAP2K vagy MKK) | MAP2K1 , MAP2K2 , MAP2K3 , MAP2K4 , MAP2K5 , MAP2K6 , MAP2K7 |
MAP kináz (MAPK) | |
Foszfatázok | MAPK foszfatáz |