Strukturbiologie der humanen PIM-1-Kinase

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.