Rho-sõltuv proteiinkinaas

Rho-sõltuv proteiinkinaas (ROCK, Rho-kinaas) on AGC kinaasiperekonna seriin/treoniin kinaas, mille aktiveerivad Rho-perekonna väikesed GTPaasid.
Rho-kinaas fosforüleerib mitmeid tsütoskeleti dünaamikaga seotud substraate ning on sellega rakkude kasvu, migratsiooni, metabolismi ja apoptoosi regulaator.
ROCK-i kõrvalekaldeid normaalsest aktiivsusest seostatakse mitmete haigustega, mis on põhjustatud rakkude võimetusest relakseeruda (lõdvenduda). Nendeks on näiteks südame- ja veresoonkonna haigused.
Struktuur.
Rho-kinaasi struktuur koosneb kolmest osast: N-terminaalne kinaasidomeen, keskel asuv teisese heeliksi ("coiled-coil") ala ja C-terminaalne plekstriini homoloogia ala. Teisese heeliksi ala sisaldab Rho-seostumisdomeeni ning plekstriini homoloogia domeen tsüsteiinirikast ala.
Isovormid.
Rho-kinaasil on kaks isovormi, ROCK-I (ehk Rho-kinaas β ehk ROKβ) ja ROCK-II (ehk Rho-kinaas α ehk ROKα). Mõlema molekulmass on umbes 160 kDa. ROCK isovormide üldine aminohappeline järjestus on 65% ulatuses homoloogiline, kusjuures kinaasidomeeni sarnasus on 92%. Seetõttu on nende toime ja funktsioonid rakkudes sarnased.
Rho-kinaas on organismis laialdaselt ekspresseeritud, kusjuures isovormidel on erinev lokalisatsioon: ROCK-I on enam ekspresseeritud kopsudes, skeletilihastes, neerudes, maksas, põrnas, testistes ja pankreases, kuid ROCK-II rohkem ajus ja südames.
Regulatsioon.
Rho-kinaasi aktiivsust reguleerib molekulisisene autoinhibeerimine. Mitteaktiivses olekus on plekstriini homoloogia ja Rho-sidumisala seostunud sama valgumolekuli N-terminaalsesse piirkonda (nn suletud konformatsioon). ROCK-i muudab aktiivseks Rho seostumine ning sellele järgnev kinaasi kinnitumine plasmamembraanile.
Kui Rho on seotud GDP-ga, on ta mitteaktiivne (Rho-GDP), ja GTP-ga seotuna aktiivne (Rho-GTP). Puhkeolekus stabiliseerib mitteaktiivset Rho-GDP olekut guaniini nukleotiidi dissotsiatsiooni inhibiitor. Vastusena rakuvälistele mõjutajatele (nt lüsofosfatidüülhape) transporditakse Rho-GDP plasmamembraani lähedale ning muudetakse guanosiinnukleotiidi vahetusfaktorite vahendusel aktiivseks GTP-ga seotud vormiks. Aktiveeritud Rho-GTP saab seostuda ROCK-ile, mille tulemusel muutub kinaasi konformatsioon avatuks ja kinaas aktiivseks.
Rho-kinaasi aktiveerib ka lipiid arahhidoonhappe seostumine plekstriini homoloogia alasse või kaspaas-3 (ROCK-I puhul) ja gransüüm B (ROCK-II puhul) vahendatud lõhustamine C-terminaalis, mis muudab ensüümi püsivalt aktiivseks.
Substraadid.
Rho-kinaas kuulub basofiilsete seriin/treonin proteiinkinaaside hulka, mistõttu on tema fosforüleeritavas substraadis fosforüülrühma aktseptoorse seriini- (Ser) või (Thr) treoniinijäägi lähedal eelistatud aluselised aminohappejäägid (arginiini- (Arg) ja lüsiinijääk (Lys)). ROCK-i substaatidele on iseloomulik fosforüülimissaidi aminohappeline järjestus Arg/Lys-X-Set/Thr või Arg/Lys-X-X-Set/Thr, kus X tähendab ükskõik mis aminohappejääki.
Rho-kinaasil on rakus rohkem kui 20 substraati, millest enamik on aktiini tsütoskeleti regulatsiooniga seotud valgud. Kuna ROCK-I ja ROCK-II kinaasi domeenid on 92% ulatuses sarnased, pole tõestust, et erinevad Rho-kinaasi isovormid fosforüleerivad erinevaid substraate.
Funktsioonid.
Rho-kinaas on oluline rakkude kasvu, migratsiooni, metabolismi ja apoptoosi regulaator, mis toimib läbi tsütoskeleti ümberkorraldamise.
1. ROCK on oluline aktiini-tsütoskeleti regulaator:
Rho kinaas fosforüleerib rakus mitmeid substraate, milleks on näiteks müosiin II kerge ahel ("myosine light chain", MLC), müosiini kerge ahela fosfataas ja LIM-kinaas. Loetletud substraatide fosforüülimine reguleerib aktiinifilamentide ümberpaiknemist ja kontraktsiooni järgnevalt:
ROCK fosforüleerib ja aktiveerib LIM-kinaasi, mis omakorda fosforüleerib kofiliini. Kofiliin on aktiinile seostuv ja aktiini depolümeriseeriv valk. Kofiliini fosforüleeritud vorm on mitteaktiivne ning seega tema fosforüülimisel väheneb aktiini depolümeriseeriv toime ja tulemuseks on aktiinifiibrite stabilisatsioon ja nende arvu kasv. Basaalne ROCK-i aktiivsus on vajalik rakkude liikumiseks, kuid kõrgendatud aktiivsus takistab migratsiooni.
Lisaks reguleerib Rho-kinaas rakkude migratsiooni suurendates nende kokkutõmbumist (kontraktsiooni). Müosiin II filamentide fosforüülimine on vajalik aktiinifiibrite moodustamiseks. Müosiin II kerge ahela (MLC) aktiivsust saab tõsta kahel moel: otsene fosforüülimine ja müosiini fosfataasi fosforüülimisel viimase aktiivsuse vähendamine. ROCK saab fosforüleerida otse müosiini kerget ahelat, mille tulemusel suureneb interaktsioon aktiiniga ning toimub raku kokkutõmbumine. ROCK inhibeerib fosforüleerides müosiini kerge ahela fosfataasi aktiivsust ning seeläbi suurendab MLC fosforüülimist ning aktiinifiibrite arv ja kontraktsioon tõusevad (fosfataas viib läbi defosforüülimist ehk fosforüülrühma ülekandmist veemolekulile). Fosforüülimine toimub fosfataasi müosiini siduval alaühikul ning seeläbi on takistatud müosiini seostumine. Mõlema Rho-kinaasi substraadi fosforüülimise tulemusel suureneb aktiinifiibrite moodustumine ning rakkude kontraktsioon.
2. Muud funktsioonid
Lisaks osaleb Rho-kinaas (sulgudes toodud ROCK-i substraadid, mis on seotud antud funktsiooniga):
Haigused.
Uuringud on näidanud, et Rho-kinaasi häirunud aktiivsus on seotud mitme haiguse, näiteks kõrgvererõhktõve, südame pärgarteri ja aju vasospasmi, ateroskleroosi, infarkti ja südamepuudulikkuse väljakujunemisega.
Ainus kliinilisse kasutusse jõudnud Rho-kinaasi inhibiitor on Fasudil ehk HA-1077. Fasudil võeti kliinilisse kasutusse 1995. aastal Jaapanis ning seda kasutatakse tserebraalse vasospasmi ravis. Kuna Fasudil on näidanud kasulikku mõju mitme kardiovaskulaarse haiguse ravis, on ROCK-ist saanud oluline farmaatsitööstuse sihtmärk.