Interacció de la proteïna quinasa CK2 amb la xaperona GRP94. Implicacions funcionals

Abstract

La proteïna quinasa CK2 és una serina/treonina quinasa molt conservada i ubiqua en organismes eucariotes, implicada en diversos processos cel·lulars importants com proliferació o tumorigénesis. L'enzim de mamífers està format por dues subunitats catalítiques (a y/o a') y dues subunitats reguladores (b) encara que també s'ha descrit l'existència de subunitats catalítiques lliures. La regulació de l'activitat CK2 no és una regulació clàssica mitjançant segons missatgers o fosforilació, de fet la subunitat catalítica té activitat constitutiva. Es postula que la regulació es podria dur a terme per variació de la localització subcel.lular mitjançant interacció con proteïnes adscrites a compartiments subcel.lulares concrets. La proteïna xaperona grp94 (94 kDa-glucose regulated protein) és una proteïna d'estrès que pertany a la família de les hsp90 i que es localitza al Reticle Endoplásmic (RE) de totes les cèl·lules eucariotes. S'expressa constitutivament en condiciones normals y es sobreexpressa en situacions d'estrès com depleció de calci, inhibició de la glicosilació, infecció vírica, agents reductores etc. <br/>Utilitzant tècniques de Ressonància Plasmònica, Far Western y Pull down demostrem que el domini carboxi terminal de grp94 interacciona amb la subunitat catalítica de CK2 (CK2a) però no amb la subunitat reguladora ni amb l'holoenzim (a2b2). S'ha pogut mapejar la regió d'interacció entre ambdues proteïnes, utilizant diversos mutants de CK2a, així la regió s'ha delimitat a una regió de lisines (K74-77) molt conservada entre las CK2a de diferents espècies. D'altra banda s'ha demostrat que grp94 té activitat xaperona in vitro sobre CK2a i citrat sintasa (CS). Utilizant assajos d'agregació induïda por xoc tèrmic y tècniques de microscòpia electrònica s'ha determinat que grp94 es capaç d'inhibir l'agregación de CK2a i CS. L'activitat xaperona depén fortament de l'estat d'oligomerització de grp94, de forma que en condicions reductores en que grp94 perd la seva estructura quaternària, la capacitat d'inhibir agregació de proteïnes està disminuïda. <br/>S'ha estudiat també la distribució subcel·lular de CK2 i grp94 en un model animal de rates genèticament obeses (fa/fa). Aquestes rates són hiperinsulinèmiques i resistents a insulina degut a una down-regulation del receptor de insulina. S'había descrit en cèl·lules en cultiu que el tractament amb dosis altes d'insulina induïa la sínstesi de grp94. S'ha observat que no hi ha variació ni en els nivells ni en la distribució subcel·lular de grp94 però si hi ha variació tan en els nivells com en la distribució de CK2, que disminueix marcadament en citosol i augmenta en les fraccions membranoses.

Protein kinase CK2 is a highly conserved and ubiquitously distributed serin/threonin kinase described in all eukaryotic organisms. CK2 has been implied in different cellular processes as proliferation or cancer. The mammalian enzyme is composed of two catalytic subunits (a and/or a') and two regulatory subunits (b), but have been described free catalytic and regulatory subunits. Regulation of CK2 is not a classic regulation through second messengers or phosphorylation, furthermore the catalytic subunit posses constitutive activity and it has been postulated that regulation could be done by changes in subcellular distribution due to interaction with different proteins from defined subcellular compartments. The protein chaperone grp94 (94 kDa-glucose regulated protein) belongs to the hsp90 family and is localized in the Endoplasmic Reticulum (ER) of all eukaryotic cells. Is constitutively expressed in absence of stress and is overexpressed under stress conditions as calcium depletion, virus infection, reducing agents etc. <br/>In the present work using techniques as Surface Plasmon Ressonance (SPR), Far Western and Pull down assays we have demonstrated that carboxy-terminal domain of grp94 interacts with the catalytic subunit of CK2 (CK2a) but not with the regulatory subunit or with the holoenzyme (a2b2). We mapped the interacting region using different mutants of CK2a, and we delimited the interacting domain to the cluster of lysines present in the helix aC(K74-77) on CK2a. This basic cluster is highly conserved in CK2a from different species but is not present in other kinases of the same family. Furthermore we demonstrated that grp94 has chaperone activity in vitro on CK2a and citrate synthase (CS). Light scattering of aggregated samples (aggregation promoted by heat shock) and electronic microscope imaging of aggregated samples have demonstrated that grp94 is able to protect CK2a and CS from aggregation. Chaperone activity depends on the maintenance of oligomeric state of grp94, then in reducing conditions when grp94 has lost its quaternary structure the ability to inhibit aggregation is diminished. <br/>In this work we also have been studied the subcellular distribution of CK2 and grp94 in an animal model of genetically obese rats (fa/fa). Zucker fa/fa rats are hyperinsulinemics and insulin resistant due to a down-regulation of insulin receptor. Additionally it has been described that in cultured cells insulin promoted the overexpression of grp94. In our model there is no variation of the levels or distribution of grp94 but exist differences in the levels and distribution of CK2 in liver of obese rats. In this rats CK2 is lower in the cytosolic fraction and increase in membranous fractions.