Jak je JAK3 exprimována v hematopoetických a epiteliálních buňkách, předpokládá se, že její role v cytokinové signalizaci je omezenější než u ostatních JAK. Nejčastěji je exprimován v T buňkách a NK buňkách, ale byl nalezen také ve střevních epiteliálních buňkách. JAK3 se podílí na přenosu signálu receptory, které využívají společný řetězec gama (γc) rodiny cytokinových receptorů typu I (např. IL-2R, IL-4R, IL-7R, IL-9R, IL-15R a IL-21R). Mutace, které ruší funkci Janusovy kinázy 3, způsobují autozomální SCID (těžkou kombinovanou imunodeficienci), zatímco aktivační mutace Janusovy kinázy 3 vedou ke vzniku leukémie.
Kromě své dobře známé role v T buňkách a NK buňkách bylo zjištěno, že JAK3 zprostředkovává stimulaci IL-8 v lidských neutrofilech. IL-8 funguje především jako induktor chemotaxe u neutrofilů a lymfocytů a umlčení JAK3 výrazně inhibuje chemotaxi zprostředkovanou IL-8.
Střevní epiteliální buňkyEdit
Jak3 interaguje s aktin-vázajícím proteinem villinem, čímž usnadňuje remodelaci cytoskeletu a opravu slizničních ran. Byly také charakterizovány strukturní determinanty, které regulují interakce mezi Jak3 a cytoskeletálními proteiny rodiny villin/gelsolin. Funkční rekonstituce kinázové aktivity rekombinantního Jak3 s použitím Jak3-wt nebo villin/gelsolin-wt jako substrátu ukázala, že autofosforylace Jak3 je rychlost limitujícím krokem během interakcí mezi Jak3 a cytoskeletálními proteiny. Kinetické parametry ukázaly, že fosforylovaný (P) Jak3 se váže na P-villin s disociační konstantou (Kd) 23 nM a Hillovým koeficientem 3,7. Na základě těchto parametrů bylo zjištěno, že Jak3 se váže na P-villin. Párová vazba mezi mutanty Jak3 a villinem ukázala, že FERM doména Jak3 je dostatečná pro vazbu na P-villin s Kd 40,0 nM. SH2 doména Jak3 však bránila vazbě P-villinu na FERM doménu nefosforylovaného proteinu. Intramolekulární interakce mezi doménami FERM a SH2 nefosforylovaného Jak3 bránila vazbě Jak3 na villin a tyrosinová autofosforylace Jak3 v doméně SH2 tyto intramolekulární interakce snížila a usnadnila vazbu domény FERM na villin. To ukazuje na molekulární mechanismus interakcí mezi Jak3 a cytoskeletálními proteiny, kde tyrosinová fosforylace SH2 domény působila jako intramolekulární přepínač pro interakce mezi Jak3 a cytoskeletálními proteiny.
Trvalé poškození sliznice u pacientů se zánětlivým onemocněním střev (IBD) usnadňuje translokaci střevních mikrobů do submukózních imunitních buněk, což vede k chronickému zánětu. IL-2 hraje roli v homeostáze střevních epiteliálních buněk (IEC) prostřednictvím regulace proliferace a buněčné smrti IEC v závislosti na koncentraci. Aktivace IL-2 vedla k interakcím mezi Jak3 a p52ShcA závislým na tyrosinfosforylaci pouze při nižších koncentracích. Vyšší koncentrace IL-2 snížily fosforylaci Jak3, narušily jeho interakce s p52ShcA, redistribuovaly Jak3 do jádra a indukovaly apoptózu v IEC. IL-2 také vyvolal na dávce závislou downregulaci jak3-mRNA. Studie konstitutivní nadměrné exprese a knockdown zprostředkovaný mir-shRNA ukázaly, že exprese Jak3 je nezbytná pro IL-2 indukovanou proliferaci IEC. Navíc IL-2 indukovaná downregulace jak3-mRNA byla zodpovědná za vyšší IL-2 indukovanou apoptózu v IEC. IL-2 indukovaná homeostáza sliznice tedy probíhá prostřednictvím posttranslační a transkripční regulace Jak3.
Jak3 se také podílí na diferenciaci sliznice a predispozici k zánětlivému onemocnění střev na myším modelu. Tyto studie ukazují, že Jak3 je exprimován ve sliznici tlustého střeva myší a ztráta slizniční exprese Jak3 vede ke snížené expresi diferenciačních markerů pro buňky enterocytární i sekreční linie. Jak3 KO myši vykazovaly sníženou expresi colon villinu, karbonické anhydrázy, sekrečního mucinu muc2 a zvýšený bazální colon zánět, který se projevoval zvýšenou hladinou prozánětlivých cytokinů IL-6 a IL-17A v tlustém střevě spolu se zvýšenou aktivitou colon myeloperoxidázy. Záněty u KO myší byly spojeny se zkrácením délky tlustého střeva, snížením délky céka, snížením výšky krypt a zvýšenou závažností vůči kolitidě vyvolané dextran sulfátem sodným. V diferencovaných lidských epiteliálních buňkách tlustého střeva se Jak3 redistribuoval na bazolaterální povrchy a interagoval s proteinem β-kateninem adherenčního spojení (AJ). Exprese Jak3 v těchto buňkách byla nezbytná pro lokalizaci β-kateninu v AJ a zachování bariérových funkcí epitelu. Souhrnně tyto výsledky ukazují zásadní roli Jak3 v tlustém střevě, kde usnadňovala diferenciaci sliznice podporou exprese diferenciačních markerů a posilovala bariérové funkce tlustého střeva prostřednictvím lokalizace β-kateninu v AJ.
Ačkoli konstitutivní aktivace Janusovy kinázy 3 (Jak3) vede k různým druhům rakoviny, mechanismus transmolekulární regulace aktivace Jak3 byl popsán teprve nedávno. Tato studie ukázala, že autofosforylace Jak3 je rychlost limitujícím krokem při transfosforylaci Jak3 Shc, kdy Jak3 přímo fosforyluje (P) dva tyrozinové zbytky v SH-2 doméně a po jednom tyrozinovém zbytku v CH-1 a PID doméně Shc. Přímé interakce mezi mutanty Jak3 a Shc ukázaly, že zatímco FERM doména Jak3 byla dostatečná pro vazbu na Shc, CH-1 a PID domény Shc byly zodpovědné za vazbu na Jak3. Funkčně byl Jak3 autofosforylován při stimulaci IL-2 v epiteliálních buňkách. Shc však rekrutoval tyrozinfosfatázu SHP-2 a PTP-1B k Jak3, a tím defosforyloval Jak3. Studie tedy nejen charakterizovala interakci Jak3 s Shc, ale také prokázala mechanismus intracelulární regulace aktivace Jak3, kdy interakce Jak3 s Shc působí jako regulátor defosforylace Jak3 prostřednictvím přímých interakcí Shc s Jak3 i tyrozinfosfatázami.
Chronický zánět nízkého stupně (CLGI) hraje klíčovou roli při zhoršování metabolismu u obézní populace. Exprese a aktivace Jak3 poskytují ochranu před rozvojem CLGI a s ním spojených zdravotních komplikací. Studie na modelu hlodavců ukazují, že ztráta Jak3 vede ke zvýšení tělesné hmotnosti, bazálnímu systémovému CLGI, zhoršené homeostáze glykémie, hyperinzulinémii a časným příznakům steatózy jater. Nedostatek Jak3 také vede k přehnaným příznakům metabolického syndromu při západní dietě s vysokým obsahem tuků. Mechanisticky se ukazuje, že Jak3 je nezbytný pro sníženou expresi a aktivaci toll like receptorů (TLR) v myší střevní sliznici a lidských střevních epiteliálních buňkách, kde Jak3 interaguje s p85, regulační podjednotkou PI3K, a aktivuje ji prostřednictvím tyrozinové fosforylace substrátu adaptorového proteinu inzulinového receptoru (IRS1). Tyto interakce vedly k aktivaci osy PI3K-Akt, která byla nezbytná pro snížení exprese TLR a aktivaci NF-κB související s TLR. Celkově lze říci, že Jak3 hraje zásadní roli v podpoře slizniční tolerance prostřednictvím potlačení exprese a omezení aktivace TLR, čímž předchází střevní a systémové CLGI a související obezitě a MetS.
Kompromitace adherenčních spojů (AJ) je spojena s několika chronickými zánětlivými onemocněními. Funkční charakterizace ukázala, že autofosforylace Jak3 je rychlost limitujícím krokem během transfosforylace β-kateninu Jak3, kdy Jak3 přímo fosforyluje tři tyrozinové zbytky, a to Tyr30, Tyr64 a Tyr86 v N-terminální doméně (NTD) β-kateninu. Předchozí fosforylace β-kateninu na Tyr654 však byla nezbytná pro další fosforylaci β-kateninu Jak3. Interakční studie ukázaly, že fosforylovaný Jak3 se vázal na fosforylovaný β-katenin s disociační konstantou 0,28 μm, a přestože jak kinázová, tak FERM (Band 4.1, ezrin, radixin a moesin) doména Jak3 interagovala s β-kateninem, NTD doména β-kateninu usnadňovala jeho interakce s Jak3. Fyziologicky fosforylace β-kateninu zprostředkovaná Jak3 potlačila epiteliálně-mezenchymální přechod (EMT) zprostředkovaný EGF a usnadnila funkci epiteliální bariéry lokalizací fosforylovaného β-kateninu v AJ prostřednictvím jeho interakcí s α-kateninem. Navíc ztráta fosforylačních míst v β-kateninu zprostředkovaná Jak3 zrušila jeho lokalizaci v AJ a zhoršila funkce epiteliální bariéry. Tato studie společně nejen charakterizovala interakci Jak3 s β-kateninem, ale také prokázala mechanismus molekulární interakce mezi dynamikou AJ a EMT prostřednictvím Jak3 zprostředkované NTD fosforylace β-kateninu.
Breast cancer resistance protein (BCRP) je členem ATP-vázající kazety (ABC) transportních proteinů, jejichž primární funkcí je eflux substrátů vázaných na plazmatickou membránu. Narušená funkce střevní bariéry hraje hlavní roli při obezitě spojené s chronickým zánětem nízkého stupně (CLGI), ale regulace BCRP během obezity a jeho role při udržování funkce střevní bariéry během obezity spojené s CLGI nebyly známy. Pomocí několika přístupů, včetně testů efluxu, imunoprecipitace/blottingu/histochemie, testu paracelulární permeability, fluorescenčně aktivovaného třídění buněk, testu cytokinů a imunofluorescenční mikroskopie, nedávné studie naznačují, že obézní jedinci mají narušené střevní funkce BCRP a že obézní myši indukované dietou tyto výsledky rekapitulují. Bylo také prokázáno, že zhoršené funkce BCRP během obezity jsou způsobeny ztrátou tyrozinfosforylace BCRP zprostředkované Janusovou kinázou 3 (JAK3). Výsledky studií naznačily, že JAK3 zprostředkovaná fosforylace BCRP podporuje její interakce s membránově lokalizovaným β-kateninem, který je nezbytný nejen pro expresi a povrchovou lokalizaci BCRP, ale také pro zachování střevního efluxu léčiv a bariérových funkcí zprostředkovaných BCRP. Bylo zjištěno, že snížená střevní exprese JAK3 během lidské obezity nebo vyřazení JAK3 u myší nebo siRNA zprostředkované vyřazení β-kateninu v lidských střevních epiteliálních buňkách mají za následek významnou ztrátu střevní exprese BCRP a zhoršený střevní eflux léků a bariérové funkce. Tyto výsledky odhalují mechanismus střevního efluxu léků a bariérových funkcí zprostředkovaných BCRP a stanovují roli BCRP v prevenci obezity spojené s CLGI jak u lidí, tak u myší. Tyto studie mají širší význam nejen pro naše chápání fyziologických a patofyziologických mechanismů střevních bariérových funkcí a chronických zánětlivých onemocnění spojených s CLGI, ale také pro farmakokinetické a farmakodynamické vlastnosti perorálních lékových forem zprostředkovaných proteinem.