La cinasa-4 associada al receptor de la interleucina 1 (IRAK-4, de l'anglès interleukin-1 receptor-associated kinase 4) és una proteïna-cinasa pertanyent a la família de les IRAK. Té un rol essencial en la immunitat innata, ja que intervé en les vies de senyalització implicades en el reconeixement primerenc dels agents patògens i en la iniciació de la resposta inflamatòria per combatre una infecció. En concret, participa en la ruta de senyalització dels receptors de tipus Toll que són un grup de receptors fonamentals per establir la resposta immunitària innata. L'activitat d'aquesta cinasa és requerida per l'eficient reclutament de l'IRAK-1 al complex receptor d'IL-1, desencadenant cascades de senyalització intracel·lular que donaran lloc a la regulació de la transcripció, l'estabilització de l'ARNm i la sensibilitat de l'IL-1. IRAK-4 és capaç d' interactuar únicament amb un altre membre de la família de les IRAK, IRAK-1, fosforilant-lo per induir la seva activació. La proteïna contribueix amb la seva activitat cinasa a l'activació de NF-kB, un complex proteic encarregat de controlar la transcripció de l'ADN, a través de la fosforilació d'IRAK-1. Si s'impedeix el reclutament d'IRAK-4, es bloqueja l'activació del complex NF-kB. És per això que adopta un paper central en el primerenc senyal de transducció dels receptors de tipus Toll i IL-1.
És una proteïna humana que es troba expressada en el citosol. No obstant això, també realitza la seva activitat en compartiments intracel·lulars com el citoplasma, la membrana de l'endosoma, el nucli i la membrana plasmàtica.
Estructura La IRAK-4 comparteix part de l'estructura de les altres IRAK amb la mateixa capacitat d'activació de similars vies de transducció, però té propietats funcionals úniques. Gràcies a tècniques de cristal·lització, s'ha pogut determinar la seva estructura secundària i la seva conformació en l'espai.
Estructura primària La seqüència d'aminoàcids de l'IRAK-4, que determina la resta de les estructures proteiques amb nivells superiors d'organització, presenta similituds amb la resta de proteïnes de la família de les IRAK. És una proteïna composta per un total de 460 aminoàcids, compartint entre un 30 i un 40% d'aquests amb les altres IRAKs, i té una massa molecular de 52kDa. La seqüència completa de l'IRAK-4 és aquesta: centre|miniatura|Seqüência d'aminoàcids de la proteína humana IRAK-4. Els centres d'unió o llocs d'enllaç de la proteïna es troben en la posició 213 i 319, corresponents a una Lisina (K) i un Aspartat (D) respectivament. Aquestes regions de l'IRAK-4 representen el lloc d'unió de l'ATP. El centre actiu o lloc actiu de la proteïna es troba en la posició 311, corresponent a un Aspartat. El punt en qüestió és un acceptor de protons.
Estructura secundària La cristal·lització del dímer de la IRAK-4 ens permet conèixer l'estructura secundària i la seva conformació a l'espai. La proteïna té diverses cadenes capaces de formar hèlix-α i conformacions β o làmines plegades. També s'observa la presència de diversos girs β: centre|1000x1000px|Estructura secundària de l'IRAK-4.
Consta de dues regions de diferent mida capaces d'unir-se amb nucleòtids. Es tracta de regions de 9 (192-200) i 4 (313-316) aminoàcids. En la regió N-terminal (lòbul N) de la proteïna s'hi troba el domini de mort de la proteïna, igual que en la resta de les proteïnes de la família IRAK. No obstant això, s'ha identificat en IRAK-4 un domini en la regió terminal C (lòbul C) que, a diferència de la resta de les IRAKs, només consta d'uns pocs aminoàcids.
Estructura terciària L'estructura terciària de la proteïna la constitueixen 2 dominis proteics. El domini de mort (Death Domain) que s'estén des de la posició 20 fina la 104, que consta de 85 aminoàcids, i el domini central de proteïna-cinasa que s'estén des de la posició 186 fins a la 454, que consta de 269 aminoàcids. Aquest Death Domain (DD), format per hèlix-α, és bastant freqüent en complexes de senyalització de vies immunitàries, ja que resulta fonamental en el reclutament de cinases activadores de vies de senyalització. El seu gran domini cinasa li dona el rol de proteïna-cinasa activa. En concret, l'IRAK-4 és una proteïna Ser/Thr cinasa.
Estructura quaternària miniatura|En el canvi de conformació de la Irak-4, es pot observar que la hèlix-α C i el bucle G, pertanyents al Lòbul N, es desplacen cap al Lòbul C. D'aquesta manera, la proteïna queda innactivada. La proteïna IRAK-4 està formada per més d'una subunitat o protòmer. Es tracta d'una associació de 2 protòmers que constitueixen així la proteïna biològica activa, constituint així un dímer.
Alteracions i canvis conformacionals Es coneix que l'IRAK-4 conté certs aminoàcids modificats. En la posició 1 trobem una N-acetilmetionina, en la 34 una N6-acetillisina, en la 342 i 345 una treonina fosforilada i en la posició 349 una serina fosforilada. Es tracta, per tant, de metionines i lisines acetilades i de treonines i serines fosforilades.
La proteïna-cinasa pateix autofosforilació i fosforilació creuada després de l'activació per sobreexpressió. Gràcies a la cristal·lització del dímer de la IRAK-4, s'ha demostrat que pateix una trans-autofosforilació en lloc d'una cis-autofosforilació. IRAK-4 consta d'una única treonina fosforilada que interacciona amb el glutamat de l'hèlix d'activació, ubicada prop del lòbul C, anomenada helix-α C. Aquesta hèlix pot permetre el tancament del lloc d'acoblament del substrat, fent que la cinasa es trobi de forma inactiva. La helix-α C i el bucle G pertanyents al lòbul N, es mouen contra el lòbul C, en particular contra el segment d'activació. Com a resultat de la interacció entre els 2 aminoàcids citats, hèlix-α C és "empesa" cap dins per mantenir la seva orientació d'activació. L'autoactivació de la proteïna i els canvis al·lostèrics necessaris que es produeixen, representen un procés comú entre cinases activades per autofosforilació.
IRAK-4 és capaç de fosforilar IRAK-1 mitjançant la fosforilació creuada. D'aquesta manera aconsegueix activar IRAK-1, contribuint així amb la seva activitat cinasa a la transducció del senyal .
Gen IRAK-4 miniatura|Localització gen IRAK-4. La proteïna-cinasa-4 associada al receptor de la interleucina (IRAK-4) és una proteïna codificada pel gen IRAK-4 [Homo Sapiens], localitzat al braç llarg (q) del cromosoma 12 a la posició 12. Aquest gen conté la informació genètica necessària per fabricar la proteïna resultant IRAK-4 que té un paper important en la immunitat innata, transmeten els senyals dels receptors de tipus Toll. Els TLR reconeixen antígens comuns en tots els patògens (lipopolisacàrids bacterians i altres patrons moleculars), constituint així la primera defensa davant d'una infecció.
Es tracta d'un dels gens encarregats de codificar les vies de senyalització intracel·lular que dirigeixen l'activació del factor nuclear de transcripció NF-kB. L'activació d'aquest factor és la via original central de la senyalització en la immunitat, ja que posarà en marxa la transcripció d'una sèrie de gens responsables tant de la resposta innata com de l'adaptativa. Aquesta via es manté gràcies a certes proteïnes, totes codificades pel seu específic gen. Una d'elles és l'IRAK-4, que té activitat cinasa de fosforilació.NF-κB. [Consulta: 10/17/15]
Activitat de cinasa Les cinases són enzims que catalitzen la fosforilació a nivell de substrat, en la que un grup fosfat es transfereix des d'ATP a un substrat específic. Per fer-ho, requereixen un ió metàl·lic divalent com l'ió magnesi (Mg2+) o l'ió manganès (Mn2+). Aquesta fosforilació es pot resumir en la reacció següent:Cinasa. [Consulta: 27/10/2015] Substrat + ATP → Substrat-(Pi) + ADP
Un tipus d'enzim cinasa són les proteïnes-cinases, que tenen com a substrat una proteïna. Aquestes transfereixen el fosfat de l'ATP a un aminoàcid determinat de la proteïna diana que és específica per cada proteïna-cinasa. La reacció donada es resumeix en:
ATP + proteïna → ADP + Fosfoproteïna
Dins de la família de les IRAKs, s'ha observat que les IRAK-1 i les IRAK-4 tenen una activitat intrínseca de cinases, però el rol d'aquesta activitat en les IRAK-4 no és del tot clar i fins i tot presenta certa controvèrsia. D'una banda, alguns estudis mostren que la reconstitució de la mutant IRAK-4 amb l'activitat de cinasa inactiva recupera totalment la resposta de la IL-1β, mentre que d'altres mostren com aquesta recuperació és parcial, ja que només es recupera una part de la resposta de les IL-1β. No obstant això, s'ha demostrat que l'activitat de cinasa de les IRAK-4 és essencial per la seva funció fisiològica, ja que l'absència d'aquesta disminueix en gran manera les respostes proinflamatòries regulades pel TLR.
Funció El paper clau l'IRAK-4 en la iniciació de la resposta immunitària innata contra els patògens externs ve donada gràcies a les seves capacitats moleculars d'unió amb l'ATP i amb ions magnesi i a la seva activitat com a cinasa. miniatura|425x425px|El paper de la IRAK4 dins la via de senyalització dels receptors de tipus Toll. Les IRAKs són importants mediadors en la transducció de senyals dels receptors Toll i IL-1R. Tots els TLR estan involucrats en el sistema immunitari dels organismes, sigui pel reconeixement o bé com a receptors per a les citocines proinflamatòries. Juguen, per tant, un paper crucial en el pas de la immunitat innata a l'adaptativa en els mamífers. El nou membre de la família IRAK amb les propietats de cinasa, IRAK-4, intervé en les vies de senyalització dels receptors TLR's i els IL-1R. Tant uns com els altres són components centrals dels mecanismes de defensa de diferents espècies, ja que els primers reconeixen i s'uneixen a patrons moleculars associats a patògens, i els segons tenen accions estimuladores i inhibidores de diversos tipus de cèl·lules, i inclús poden provocar-ne l'apoptosi. La funció molecular que té més importància en la transducció del senyal és la capacitat de catalitzar aquestes reaccions:
ATP + proteïna serina → ADP + proteïna serina fosforilada, i ATP + proteïna treonina → ADP + proteïna treonina fosforilada.
El paper d'aquestes Ser/Thr cinases és l'acoblament de les reaccions primerenques dels complexos receptors presents en la membrana plasmàtica amb els grans signalosomes del citosol. IRAK-4 és una proteïna Ser/Thr cinasa i, per tant, és capaç de catalitzar-les.
Aquesta proteïna-cinasa endògena s'encarrega d'activar el factor nuclear NF-kappa-B en les vies de senyalització de tant els receptors Toll (TLR) com els receptors dels limfòcits-T (TCR). Gràcies a la seva activitat de fosforilació, funciona com una cinasa IRAK1 desencadenant fosforilacions que activaran les cascades de senyalització originades en el domini TIR dels TLR, el qual posseeix quatre adaptadors: MyD88, TIRAP/MAL, TRIF i TRAM. Aquests adaptadors estan associats amb les interaccions del domini TIR, sent diferents els adaptadors segons el tipus de TLR activat.
El domini intracel·lular del TLR (TIR) interacciona amb el domini homòleg de l'adaptador MyD88 i aquest interacciona amb una sèrie de cinases, en concret les IRAK. La IRAK-4, al mateix temps que la IRAK-1, és ràpidament reclutada per l'adaptador MYD88 per formar el complex ternari midosoma juntament amb l'IRAK2. La proximitat entre les dues cinases provoca la fosforilació d'IRAK-1 per part d'IRAK-4. La fosforilació de l'IRAK-1 n'estimula la seva activitat cinasa i intensifica la seva autofosforilació.