Pleckstrin-Homologie-Domäne
Synonym(e)
Keywords
Proteindomäne;
Definition
Die Pleckstrin-Homologie-Domäne (engl. Pleckstrin Homology Domain; Abk. PH-Domäne -sie ist benannt nach dem Protein Pleckstrin, in dem diese Domäne erstmals charakterisiert wurde. Pleckstrin ist ein wichtiges Substrat der Proteinkinase C in Thrombozyten)
ist eine evolutionär konservierte, etwa 100–120 Aminosäuren umfassende Proteindomäne, die in zahlreichen intrazellulären Signalproteinen vorkommt. Im menschlichen Proteom wurden mehr als 250 Pleckstrin-Homologie-Domänen identifiziert. Alle bisher untersuchten PH-Domänen scheinen an Phosphoinositide zu binden, wobei die meisten nur schwach und unspezifisch binden. Mitglieder einer kleinen Unterklasse von PH-Domänen weisen sowohl eine hohe Affinität als auch eine hohe Spezifität für bestimmte Phosphoinositide auf (Lemmon MA et al. 2001).
Pathophysiologie
Die PH-Domäne besitzt eine charakteristische dreidimensionale Struktur aus sieben antiparallelen β-Faltblattsträngen, die zwei β-Faltblätter bilden, sowie einer abschließenden C-terminalen α-Helix. An ihrer Oberfläche befindet sich bei vielen PH-Domänen eine positiv geladene Bindungstasche, die mit negativ geladenen Phosphoinositiden der Zellmembran interagiert.
Zu ihren wesentlichen Funktionen der PH-Domänen gehören:
- Membranrekrutierung: Bindung an Phosphoinositide, insbesondere Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat (PIP₂) und Phosphatidylinositol-3,4,5-trisphosphat (PIP₃).
- Signaltransduktion: Beteiligung an der Weiterleitung von Signalen verschiedener Rezeptorsysteme.
- Proteininteraktionen: Vermittlung spezifischer Wechselwirkungen mit anderen Signalproteinen.
- Zelluläre Regulation: Beteiligung an Zellwachstum, Proliferation, Migration, Überleben und Organisation des Zytoskeletts.
Nicht alle PH-Domänen besitzen allerdings eine ausgeprägte Phosphoinositid-Bindungsfähigkeit. Ihre Bindungsspezifität ist proteinabhängig.
Bedeutung für die intrazelluläre Signalübertragung
Ein klassisches Beispiel ist die Aktivierung der Serin/Threonin-Kinase AKT (Proteinkinase B) über den PI3K-AKT-Signalweg. Nach Aktivierung der Phosphoinositid-3-Kinase (PI3K) entsteht aus PIP₂ das Membranlipid PIP₃. Dieses wird von der PH-Domäne des AKT-Proteins erkannt. Dadurch wird AKT an die Plasmamembran rekrutiert und kann dort durch PDK1 und mTORC2 phosphoryliert und aktiviert werden.
Klinik
PH-Domänen sind für zahlreiche immunologische, proliferative und onkogene Signalwege von Bedeutung.
Beispiele PH-Domänen-haltiger Proteine sind:
- AKT1/AKT2/AKT3: Regulation von Zellüberleben, Stoffwechsel und Proliferation.
- BTK (Bruton-Tyrosinkinase): Signalübertragung des B-Zell-Rezeptors; Mutationen können eine X-chromosomale Agammaglobulinämie verursachen.
- PDK1: Beteiligung an der Aktivierung von AGC-Proteinkinasen.
- GRP1: Beteiligung an der Regulation kleiner GTPasen und membranassoziierter Signalprozesse.
- GAB-Proteine: intrazelluläre Signaladapter, die unterschiedliche Rezeptorsignale bündeln und an zentrale regulatorische Signalnetzwerke weiterleiten.
Insbesondere Mutationen in der PH-Domäne von AKT1 können zu einer konstitutiven Aktivierung des PI3K-AKT-Signalwegs führen. Die aktivierende Mutation AKT1-E17K ist unter anderem beim Proteus-Syndrom und bei verschiedenen Tumorerkrankungen beschrieben.
Hinweis(e)
Die Pleckstrin-Homologie-Domäne ist ein funktionelles Proteinmodul, das intrazelluläre Signalproteine mit spezifischen Membranlipiden und teilweise anderen Proteinen verbindet. Sie ermöglicht damit die räumlich und zeitlich kontrollierte Organisation intrazellulärer Signalprozesse. Die PH-Domäne ist somit gewissermaßen ein molekulares Adressierungssystem, das Signalproteinen vermittelt, an welcher Membran und unter welchen Bedingungen sie ihre Funktion ausüben sollen.
Literatur
- Lemmon MA et al. (2001) Molecular determinants in pleckstrin homology domains that allow specific recognition of phosphoinositides. Biochem Soc Trans 29(Pt 4):377-384.
- Powis G et al. (2023) Pleckstrin Homology [PH] domain, structure, mechanism, and contribution to human disease. Biomed Pharmacother 165:115024.