酵素的に不活性なアデニル酸キナーゼ4は、ミトコンドリアADP/ATPトランスリカーゼと相互作用します

アデニル酸キナーゼ4（AK4）は、他のAKと高い配列相同性を共有しているものの、アデニル酸キナーゼ（AK）ファミリーでin vitroで酵素活性を持たないユニークなメンバーです。AK4がどの生理学的機能を再生するか、またはそれが酵素的に非アクティブである理由は不明のままです。この研究では、低酸素症にさらされた培養細胞および神経変性疾患の動物モデルでAK4タンパク質レベルの増加を示した。また、内因性AK4の高レベルを持つHEK293細胞のAK4の短いヘアピンRNA（shRNA）を介したノックダウンにより、細胞増殖が減少し、細胞死の増加をもたらすことが示されました。さらに、H（2）O（2）からのAK4保護細胞の内因性レベルのAK4レベルを持つ神経細胞株SH-SY5YのAK4過剰発現は、細胞死を誘発することがわかりました。プロテオミクス研究により、ミトコンドリアADP/ATPトランスロカーゼ（ANT）がAK4と相互作用し、細胞がH（2）O（2）治療にさらされたときにAK4とAK4と同時沈降したことが明らかになりました。さらに、構造解析により、AK4は結合ヌクレオチドの能力を保持しているが、AK4は他のAKでよく保存されている活性部位の重要なアルギニン残基の代わりにグルタミン残基を持っていることが明らかになった。グルタミン残基のアルギニン（Q159R）への変異は、基質としてGTPを伴うアデニル酸キナーゼ活性を回復しました。集合的に、これらの結果は、酵素的に不活性なAK4が細胞の生存と増殖に重要なストレス反応タンパク質であることを示しています。ミトコンドリア内膜タンパク質Antとの相互作用は、AK4がストレス下で細胞に保護効果を発揮するために重要である可能性があります。

Adenylate kinase 4 (AK4) is a unique member with no enzymatic activity in vitro in the adenylate kinase (AK) family although it shares high sequence homology with other AKs. It remains unclear what physiological function AK4 might play or why it is enzymatically inactive. In this study, we showed increased AK4 protein levels in cultured cells exposed to hypoxia and in an animal model of the neurodegenerative disease amyotrophic lateral sclerosis. We also showed that short hairpin RNA (shRNA)-mediated knockdown of AK4 in HEK293 cells with high levels of endogenous AK4 resulted in reduced cell proliferation and increased cell death. Furthermore, we found that AK4 over-expression in the neuronal cell line SH-SY5Y with low endogenous levels of AK4 protected cells from H(2)O(2) induced cell death. Proteomic studies revealed that the mitochondrial ADP/ATP translocases (ANTs) interacted with AK4 and higher amount of ANT was co-precipitated with AK4 when cells were exposed to H(2)O(2) treatment. In addition, structural analysis revealed that, while AK4 retains the capability of binding nucleotides, AK4 has a glutamine residue instead of a key arginine residue in the active site well conserved in other AKs. Mutation of the glutamine residue to arginine (Q159R) restored the adenylate kinase activity with GTP as substrate. Collectively, these results indicate that the enzymatically inactive AK4 is a stress responsive protein critical to cell survival and proliferation. It is likely that the interaction with the mitochondrial inner membrane protein ANT is important for AK4 to exert the protective benefits to cells under stress.