JAKファミリーチロシンキナーゼ2（TYK2）のJH2シュードキナーゼドメインの構造的および機能的特性評価

JAK（細胞質チロシンキナーゼのヤヌスファミリー）ファミリーチロシンキナーゼ2（TYK2）は、免疫応答と炎症に関与するサイトカイン受容体を介したシグナル伝達に関与しています。Jaksは、デュアルキナーゼドメイン：チロシンキナーゼドメイン（JH1）によって特徴付けられます。Jaksに関連する疾患関連変異の大部分は、JH2にマップされ、その中心的な調節機能を示しています。JH2は触媒的に不活性であると考えられていましたが、JAK2 JH2は自己調節触媒活性が低いことがわかりました。他のJAK JH2がATP結合と酵素活性を共有しているかどうかは不明です。ここでは、アデノシン5'-O-（チオトリポン酸）（ATP-γS）と複合体のTYK2 JH2の結晶構造を報告し、生化学的および生物物理学的方法によるヌクレオチド結合を特徴付けます。Tyk2 JH2はリントランスファーな活性を示しませんでしたが、ATPに結合し、ヌクレオチド結合は主要な立体配座の変化を誘発することなくタンパク質を安定させます。JH2 ATP結合ポケットの変異は、基底TYK2リン酸化と下流シグナル伝達を増加させました。TYK2 JH2の全体的な構造特性はJAK2 JH2に似ていますが、活性化ループのヘリックスαAL周辺の明確な安定化分子相互作用は、JAKファミリーJH2の基質アクセスと触媒活性の違いの構造的基礎を提供します。構造的および生化学的データは、ATP結合がTYK2とJAK2 JH2の両方にとって機能的に重要であることを示唆しているが、調節のリン酸化はJAK2のユニークな特性であると思われる。最後に、小分子阻害剤と複合したTyk2 JH2の共結晶構造は、JH2がATP競争型化合物にアクセスできることを示しています。これは、サイトカインシグナル伝達と潜在的な治療用途を標的とするための新しいアプローチを提供します。

JAK (Janus family of cytoplasmic tyrosine kinases) family tyrosine kinase 2 (TYK2) participates in signaling through cytokine receptors involved in immune responses and inflammation. JAKs are characterized by dual kinase domain: a tyrosine kinase domain (JH1) that is preceded by a pseudokinase domain (JH2). The majority of disease-associated mutations in JAKs map to JH2, demonstrating its central regulatory function. JH2s were considered catalytically inactive, but JAK2 JH2 was found to have low autoregulatory catalytic activity. Whether the other JAK JH2s share ATP binding and enzymatic activity has been unclear. Here we report the crystal structure of TYK2 JH2 in complex with adenosine 5'-O-(thiotriphosphate) (ATP-γS) and characterize its nucleotide binding by biochemical and biophysical methods. TYK2 JH2 did not show phosphotransfer activity, but it binds ATP and the nucleotide binding stabilizes the protein without inducing major conformational changes. Mutation of the JH2 ATP-binding pocket increased basal TYK2 phosphorylation and downstream signaling. The overall structural characteristics of TYK2 JH2 resemble JAK2 JH2, but distinct stabilizing molecular interactions around helix αAL in the activation loop provide a structural basis for differences in substrate access and catalytic activities among JAK family JH2s. The structural and biochemical data suggest that ATP binding is functionally important for both TYK2 and JAK2 JH2s, whereas the regulatory phosphorylation appears to be a unique property of JAK2. Finally, the co-crystal structure of TYK2 JH2 complexed with a small molecule inhibitor demonstrates that JH2 is accessible to ATP-competitive compounds, which offers novel approaches for targeting cytokine signaling as well as potential therapeutic applications.