Da JAK3 udtrykkes i hæmatopoietiske og epitheliale celler, menes dens rolle i cytokinsignalering at være mere begrænset end andre JAK’er. Det er mest almindeligt udtrykt i T-celler og NK-celler, men er også fundet i tarmepitelceller. JAK3 er involveret i signaltransduktion ved hjælp af receptorer, der anvender den fælles gammakæde (γc) i type I-cytokinreceptorfamilien (f.eks. IL-2R, IL-4R, IL-7R, IL-9R, IL-15R og IL-21R). Mutationer, der ophæver Janus kinase 3-funktionen, forårsager autosomal SCID (severe combined immunodeficiency disease), mens aktiverende Janus kinase 3-mutationer fører til udvikling af leukæmi.
Ud over sin velkendte rolle i T-celler og NK-celler har JAK3 vist sig at formidle IL-8-stimulering i humane neutrofile celler. IL-8 fungerer primært til at inducere kemotaksi i neutrofiler og lymfocytter, og silencing af JAK3 hæmmer alvorligt IL-8-medieret kemotaksi.
Intestinale epitelcellerRediger
Jak3 interagerer med det aktinbindende protein villin og letter derved cytoskeletets remodellering og sårreparation i slimhinderne. Strukturelle determinanter, der regulerer interaktionerne mellem Jak3 og cytoskeletale proteiner af villin-/gelsolin-familien, er også blevet karakteriseret. Funktionel rekonstruktion af kinaseaktivitet af rekombinant Jak3 ved hjælp af Jak3-wt eller villin/gelsolin-wt som substrat viste, at autofosforylering af Jak3 var det hastighedsbegrænsende trin under interaktioner mellem Jak3 og cytoskeletale proteiner. Kinetiske parametre viste, at fosforyleret (P) Jak3 binder til P-villin med en dissociationskonstant (Kd) på 23 nM og en Hill’s koefficient på 3,7. Parvis binding mellem Jak3-mutanter og villin viste, at FERM-domænet af Jak3 var tilstrækkeligt til at binde til P-villin med en Kd på 40,0 nM. SH2-domænet af Jak3 forhindrede imidlertid P-villin i at binde til FERM-domænet af det ikke-fosforylerede proteins FERM-domæne. Den intramolekylære interaktion mellem FERM- og SH2-domænet af ikke-fosforyleret Jak3 forhindrede Jak3 i at binde til villin, og tyrosin-autofosforylering af Jak3 ved SH2-domænet mindskede disse intramolekylære interaktioner og lettede bindingen af FERM-domænet til villin. Disse viser den molekylære mekanisme for interaktioner mellem Jak3 og cytoskeletale proteiner, hvor tyrosinfosforylering af SH2-domænet fungerede som en intramolekylær switch for interaktionerne mellem Jak3 og cytoskeletale proteiner.
Understøttet skade på slimhinden hos patienter med inflammatorisk tarmsygdom (IBD) letter translokation af tarmmikrober til submucosale immunceller, hvilket fører til kronisk inflammation. IL-2 spiller en rolle i tarmepitelcellers (IEC) homeostase gennem koncentrationsafhængig regulering af IEC-proliferation og celledød. Aktivering af IL-2 førte kun ved lavere koncentrationer til tyrosinfosforyleringsafhængige interaktioner mellem Jak3 og p52ShcA. Højere koncentrationer af IL-2 mindskede fosforyleringen af Jak3, forstyrrede dets interaktioner med p52ShcA, omfordelte Jak3 til kernen og inducerede apoptose i IEC. IL-2 inducerede også dosisafhængig nedregulering af jak3-mRNA. Konstitutiv overekspression og mir-shRNA-medierede knockdown-undersøgelser viste, at ekspression af Jak3 var nødvendig for IL-2-induceret proliferation af IEC. Desuden var IL-2-induceret nedregulering af jak3-mRNA ansvarlig for en højere IL-2-induceret apoptose i IEC. IL-2-induceret slimhindehomøostase sker således gennem posttranslationel og transkriptionel regulering af Jak3.
Jak3 er også impliceret i slimhindedifferentiering og prædisponering for inflammatorisk tarmsygdom i musemodel. Disse undersøgelser viser, at Jak3 udtrykkes i kolonslimhinden hos mus, og tab af slimhindeekspression af Jak3 resulterer i reduceret ekspression af differentieringsmarkører for celler af både enterocytære og sekretoriske linjer. Jak3 KO-mus viste reduceret ekspression af colonic villin, carbonic anhydrase, sekretorisk mucin muc2 og øget basal colonic inflammation afspejlet af øgede niveauer af pro-inflammatoriske cytokiner IL-6 og IL-17A i colon sammen med øget colonic myeloperoxidase aktivitet. Inflammationerne i KO-musene var forbundet med forkortelse af kolonlængden, reduceret længde af cecum, nedsat krypthøjde og øget sværhedsgrad i forhold til dextransulfatnatrium-induceret colitis. I differentierede humane colonepitelceller omfordelte Jak3 sig til basolaterale overflader og interagerede med adherens junction (AJ)-protein β-catenin. Jak3-ekspression i disse celler var afgørende for AJ-lokalisering af β-catenin og vedligeholdelse af epithelbarrierefunktioner. Samlet set viser disse resultater den essentielle rolle af Jak3 i tyktarmen, hvor det lettede slimhinde-differentiering ved at fremme ekspressionen af differentieringsmarkører og forbedrede tyktarmens barrierefunktioner gennem AJ-lokalisering af β-catenin.
Thiin konstitutiv aktivering af Janus kinase 3 (Jak3) fører til forskellige kræftformer, er mekanismen for transmolekylær regulering af Jak3-aktivering først for nylig rapporteret. Denne undersøgelse viste, at Jak3 auto-fosforylering var det hastighedsbegrænsende trin under Jak3 trans-fosforylering af Shc, hvor Jak3 direkte fosforylerede (P) to tyrosinrester i SH-2-domænet og en tyrosinrester hver i CH-1- og PID-domænet af Shc. Direkte interaktioner mellem mutanter af Jak3 og Shc viste, at mens FERM-domænet af Jak3 var tilstrækkeligt til at binde til Shc, var CH-1- og PID-domænet af Shc ansvarlige for at binde til Jak3. Funktionelt blev Jak3 autofosforyleret under IL-2-stimulering i epithelceller. Shc rekrutterede imidlertid tyrosinphosphatase SHP-2 og PTP-1B til Jak3 og defosforylerede derved Jak3. Således karakteriserede undersøgelsen ikke kun Jak3-interaktion med Shc, men demonstrerede også mekanismen for intracellulær regulering af Jak3-aktivering, hvor Jak3-interaktioner med Shc fungerede som en regulator af Jak3-defosforylering gennem direkte interaktioner af Shc med både Jak3 og tyrosinphosphataser.
Chronisk lavgradsinflammation (CLGI) spiller en central rolle i metabolisk forringelse i den overvægtige befolkning. Jak3-ekspression og -aktivering giver beskyttelse mod udvikling af CLGI og tilknyttede sundhedskomplikationer. Undersøgelser i gnaermodel viser, at tab af Jak3 resulterer i øget kropsvægt, basal systemisk CLGI, kompromitteret glykæmisk homeostase, hyperinsulinæmi og tidlige symptomer på leversteatose. Mangel på Jak3 resulterer også i overdrevne symptomer på metabolisk syndrom ved vestlig fedtholdig kost. Mekanistisk set er det vist, at Jak3 er afgørende for nedsat ekspression og aktivering af toll like receptorer (TLR’er) i murine tarmslimhinde og humane tarmepitelceller, hvor Jak3 interagerede med og aktiverede p85, den regulerende underenhed af PI3K, gennem tyrosinfosforylering af adapterprotein insulinreceptorsubstrat (IRS1). Disse interaktioner resulterede i aktivering af PI3K-Akt-aksen, som var afgørende for reduceret TLR-ekspression og TLR-associeret NF-κB-aktivering. Samlet set spiller Jak3 en væsentlig rolle i fremme af mucosal tolerance gennem undertrykt ekspression og begrænsning af aktivering af TLR’er og dermed forebyggelse af intestinal og systemisk CLGI og associeret fedme og MetS.
Kompromis i adherens junctions (AJ’er) er forbundet med flere kroniske inflammatoriske sygdomme. Funktionel karakterisering viste, at Jak3 autofosforylering var det hastighedsbegrænsende trin under Jak3 trans-fosforylering af β-catenin, hvor Jak3 direkte fosforylerede tre tyrosinrester, nemlig Tyr30, Tyr64 og Tyr86 i det N-terminale domæne (NTD) af β-catenin. Forudgående fosforylering af β-catenin ved Tyr654 var imidlertid afgørende for yderligere fosforylering af β-catenin af Jak3. Interaktionsundersøgelser viste, at fosforyleret Jak3 bandt til fosforyleret β-catenin med en dissociationskonstant på 0,28 μm, og selv om både kinase- og FERM-domænet (Band 4.1, ezrin, radixin og moesin) af Jak3 interagerede med β-catenin, lettede NTD-domænet af β-catenin dets interaktioner med Jak3. Fysiologisk set undertrykte Jak3-medieret fosforylering af β-catenin EGF-medieret epithelial-mesenkymal overgang (EMT)og lettede epithelbarrierefunktioner ved AJ-lokalisering af fosforyleret β-catenin gennem dets interaktioner med α-catenin. Desuden ophævede tab af Jak3-medierede fosforyleringssteder i β-catenin dets AJ-lokalisering og kompromitterede epithelbarrierefunktioner. Tilsammen karakteriserede denne undersøgelse ikke kun Jak3-interaktion med β-catenin, men demonstrerede også mekanismen for molekylært samspil mellem AJ-dynamik og EMT ved Jak3-medieret NTD-fosforylering af β-catenin.
Brystkræftresistanceprotein (BCRP) er et medlem af ATP-binding kassette (ABC) transporterproteiner, hvis primære funktion er at efflux substrater bundet til plasmamembranen. Forringede tarmbarrierefunktioner spiller en vigtig rolle i kronisk lavgradsinflammation (CLGI)-associeret fedme, men reguleringen af BCRP under fedme og dens rolle i opretholdelsen af tarmbarrierefunktionen under CLGI-associeret fedme var ukendt. Ved hjælp af flere metoder, herunder effluxassays, immunoprecipitation/-blotting/-histokemi, paracellulær permeabilitetsassay, fluorescensaktiveret cellesortering, cytokinassay og immunofluorescensmikroskopi, tyder nyere undersøgelser på, at overvægtige personer har kompromitterede tarm-BCRP-funktioner, og at diætinducerede overvægtige mus rekapitulerer disse resultater. Det blev også påvist, at de kompromitterede BCRP-funktioner under fedme skyldtes tab af Janus kinase 3 (JAK3)-medieret tyrosinfosforylering af BCRP. Resultaterne i undersøgelserne viste, at JAK3-medieret fosforylering af BCRP fremmer dets interaktioner med membranlokaliseret β-catenin, der er afgørende ikke kun for BCRP-ekspression og overfladelokalisering, men også for opretholdelse af BCRP-medieret intestinal lægemiddeludstrømning og barrierefunktioner. Det blev observeret, at reduceret intestinal JAK3-ekspression under menneskelig fedme eller JAK3 knockout i mus eller siRNA-medieret β-catenin knockdown i humane tarmepitelceller alle resulterer i et betydeligt tab af intestinal BCRP-ekspression og kompromitteret colonic lægemiddeludstrømning og barrierefunktioner. Disse resultater afdækker en mekanisme for BCRP-medieret intestinal lægemiddeludstrømning og barrierefunktioner og etablerer en rolle for BCRP i forebyggelse af CLGI-associeret fedme både hos mennesker og hos mus. Disse undersøgelser har bredere implikationer ikke kun i vores forståelse af fysiologiske og patofysiologiske mekanismer for tarmbarrierefunktioner og CLGI-associerede kroniske inflammatoriske sygdomme, men også i proteinmedieret lægemiddel-efflux farmakokinetiske og farmakodynamiske egenskaber ved orale lægemiddelformuleringer.