PKR

Kurs: Basvetenskap 6

Vad är det?

• Proteinkinas R (dsRNA-aktiverat proteinkinas, EIF2AK2) — ett serin/treoninkinas som är en central sensor i det medfödda immunförsvaret mot virus.
• Känner igen dubbelsträngat RNA (dsRNA), ett molekylärt mönster som normalt inte förekommer i friska mänskliga celler men bildas vid virusreplikation.
• Effekt: global avstängning av proteinsyntesen i den infekterade cellen, vilket blockerar virusproduktion.
• Uttrycks konstitutivt på låg nivå och kraftigt uppreglerat av typ I-interferon — en av de viktigaste interferonstimulerade generna (ISG).

Struktur och aktivering

• Två domäner: N-terminala dsRNA-bindande domäner (dsRBD1 och dsRBD2) och en C-terminal kinasdomän.
• I vila hålls kinasdomänen autoinhiberad av dsRBD.
• Bindning av dsRNA (minst ~30 baspar) → konformationsändring → dimerisering → autofosforylering (Thr446) → aktivt kinas.
• Kan även aktiveras dsRNA-oberoende av PACT/RAX vid oxidativ stress, ER-stress, näringsbrist och av ceramider.

Nedströms effekt — eIF2α

• Aktivt PKR fosforylerar eIF2α på serin 51.
• eIF2 levererar initiator-Met-tRNA till ribosomen och måste återladdas från GDP till GTP av växlingsfaktorn eIF2B.
• Fosforylerat eIF2α blir en kompetitiv hämmare av eIF2B i stället för dess substrat → eIF2-GTP-poolen töms → initieringen av translation stannar.
• Resultat: global hämning av proteinsyntes, inklusive virusproteiner; samtidigt uppregleras selektivt ett fåtal mRNA med uORF (t.ex. ATF4) — detta kallas integrated stress response (ISR).
• PKR aktiverar dessutom NF-kB, JNK/p38 och bidrar till apoptos och autofagi i infekterade celler.
• Bildandet av stressgranula (lagring av stallade initieringskomplex) är en direkt följd.

Relation till andra translationsbromsar

• PKR verkar på eIF2α (initieringens första steg, ternärkomplexet).
• Picornavirus-proteaset 2A verkar i stället på eIF4G (kapp-igenkänning).
• Andra eIF2α-kinaser: PERK (ER-stress), GCN2 (aminosyrabrist), HRI (hembrist) — samma slutsteg, olika sensorer.
• Parallell antiviral väg: OAS/RNas L, som också aktiveras av dsRNA och bryter ned RNA direkt.

Virusens motstrategier

• Influensavirus: NS1-protein sekvestrerar dsRNA och binder PKR direkt.
• Vacciniavirus: E3L binder dsRNA; K3L är en eIF2α-mimikant som fungerar som pseudosubstrat.
• Adenovirus: VA-RNA I är ett kort strukturerat RNA som binder PKR utan att aktivera det (kompetitiv hämmare).
• HIV-1: TAR-RNA och proteinet Tat modulerar PKR; Tat fungerar delvis som pseudosubstrat.
• Herpes simplex: γ34.5-proteinet rekryterar fosfatasen PP1 som defosforylerar eIF2α — förlust av γ34.5 är grunden för onkolytiska HSV-vektorer (talimogen laherparepvec), som selektivt replikerar i tumörceller med defekt PKR-signalering.
• Poliovirus och andra picornavirus inducerar nedbrytning av PKR.

Klinisk relevans

• Interferonbehandlingens antivirala effekt medieras till stor del via PKR och andra ISG.
• Nukleosidmodifiering (pseudouridin) i mRNA-vaccin minskar aktivering av PKR och andra RNA-sensorer — annars skulle vaccinets eget mRNA slå av sin egen translation.
• Onkologi: många tumörceller har defekt interferon-/PKR-svar, vilket utnyttjas av onkolytisk virusterapi.
• Neurodegeneration och metabol sjukdom: kronisk ISR-aktivering via PKR har kopplats till Alzheimers sjukdom och insulinresistens; ISR-hämmare (ISRIB) är under utveckling.

Klinisk pärla

Onkolytiska virus fungerar just för att cancerceller ofta har tappat sitt interferon-/PKR-försvar för att kunna växa ohämmat — samma defekt som gynnar tumören gör den känslig för virus som friska celler klarar av.

Tenta-fokus

Kunna kedjan exakt: dsRNA → PKR-dimerisering och autofosforylering → fosforylering av eIF2α (Ser51) → eIF2B hämmas → global translationsstopp. Kunna också skillnaden mot picornavirusets angreppspunkt (2A-proteas klyver eIF4G), och att PKR är en interferonstimulerad gen.

Kopplingar

• Interferon — inducerar PKR och förmedlar det antivirala tillståndet
• eIF4G — den andra stora angreppspunkten för translationskontroll
• Picornavirus — utnyttjar och motverkar båda vägarna
• mRNA — substratet vars translation stängs av
• NF-kB — proinflammatorisk väg som PKR också aktiverar