Koska JAK3 ilmentyy hematopoieettisissa ja epiteelisoluissa, sen roolin sytokiinisignaloinnissa ajatellaan olevan rajoitetumpi kuin muiden JAK:ien. Se ilmentyy yleisimmin T- ja NK-soluissa, mutta sitä on löydetty myös suoliston epiteelisoluista. JAK3 osallistuu tyypin I sytokiinireseptoriperheen yhteistä gammaketjua (γc) käyttävien reseptorien (esim. IL-2R, IL-4R, IL-7R, IL-9R, IL-15R ja IL-21R) signaalinsiirtoon. Janus-kinaasi 3:n toimintaa kumoavat mutaatiot aiheuttavat autosomaalisen SCID:n (vaikea yhdistetty immuunipuutostauti), kun taas aktivoivat Janus-kinaasi 3:n mutaatiot johtavat leukemian kehittymiseen.
Sen lisäksi, että JAK3:lla on tunnettuja rooleja T-soluissa ja NK-soluissa, sen on havaittu välittävän IL-8-stimulaatiota ihmisen neutrofiileissä. IL-8 toimii ensisijaisesti neutrofiilien ja lymfosyyttien kemotaksiksen indusoimiseksi, ja JAK3:n vaimentaminen estää voimakkaasti IL-8-välitteistä kemotaksista.
Suoliston epiteelisolutEdit
Jak3 on vuorovaikutuksessa aktiinia sitovan proteiinin villinin kanssa, mikä helpottaa sytoskeletonin uudelleenmuotoilua ja limakalvon haavojen korjausta. Jak3:n ja villiini- / gelsoliiniperheeseen kuuluvien sytoskelettiproteiinien välisiä vuorovaikutuksia sääteleviä rakenteellisia määreitä on myös karakterisoitu. Jak3:n kinaasiaktiivisuuden funktionaalinen rekonstituutio rekombinantilla Jak3:lla käyttäen Jak3-wt:tä tai villin/gelsoliini-wt:tä substraattina osoitti, että Jak3:n autofosforylaatio on Jak3:n ja sytoskelettiproteiinien välisten vuorovaikutusten nopeutta rajoittava vaihe. Kineettiset parametrit osoittivat, että fosforyloitu (P) Jak3 sitoutuu P-villiiniin dissosiaatiovakion (Kd) ollessa 23 nM ja Hillin kertoimen 3,7. Jak3-mutanttien ja villinin välinen pareittainen sitoutuminen osoitti, että Jak3:n FERM-domeeni riitti sitoutumaan P-villiniin Kd:n ollessa 40,0 nM. Jak3:n SH2-domeeni esti kuitenkin P-villiinin sitoutumisen fosforyloimattoman proteiinin FERM-domeeniin. Fosforyloimattoman Jak3:n FERM- ja SH2-domeenien välinen intramolekulaarinen vuorovaikutus esti Jak3:n sitoutumisen villiniin, ja Jak3:n tyrosiiniautofosforylaatio SH2-domeenin kohdalla vähensi näitä intramolekulaarisia vuorovaikutuksia ja helpotti FERM-domeenin sitoutumista villiniin. Nämä osoittavat Jak3:n ja sytoskelettiproteiinien välisten vuorovaikutusten molekyylimekanismin, jossa SH2-domeenin tyrosiinifosforylaatio toimi Jak3:n ja sytoskelettiproteiinien välisten vuorovaikutusten intramolekulaarisena kytkimenä.
Potilaiden, joilla on tulehduksellinen suolistosairaus (IBD), limakalvon limakalvovaurio edesauttaa suolistomikrobien translokaatiota limakalvon alapuolisiin immuunipuolustuksen soluihin, mikä johtaa krooniseen tulehdukseen. IL-2:lla on merkitystä suolen epiteelisolujen (IEC) homeostaasissa säätelemällä pitoisuusriippuvaisesti IEC:n proliferaatiota ja solukuolemaa. IL-2:n aktivointi johti tyrosiinifosforylaatiosta riippuviin Jak3:n ja p52ShcA:n välisiin vuorovaikutuksiin vain pienemmissä pitoisuuksissa. Korkeammat IL-2-pitoisuudet vähensivät Jak3:n fosforylaatiota, häiritsivät sen vuorovaikutuksia p52ShcA:n kanssa, jakoivat Jak3:n uudelleen tumaan ja aiheuttivat apoptoosin IEC:ssä. IL-2 indusoi myös annosriippuvaista Jak3-mRNA:n alaregulaatiota. Konstitutiivinen yliekspressio ja mir-shRNA-välitteiset knockdown-tutkimukset osoittivat, että Jak3:n ilmentyminen oli välttämätöntä IL-2-indusoidulle IEC:n proliferaatiolle. Lisäksi IL-2-indusoitu jak3-mRNA:n alaregulaatio oli vastuussa suuremmasta IL-2-indusoidusta apoptoosista IEC:ssä. Näin ollen IL-2-indusoitu limakalvon homeostaasi Jak3:n posttranslationaalisen ja transkriptionaalisen säätelyn kautta.
Jak3 on myös osallisena limakalvon erilaistumisessa ja alttiudessa tulehdukselliselle suolistosairaudelle hiirimallissa. Nämä tutkimukset osoittavat, että Jak3 ilmentyy hiirten paksusuolen limakalvolla, ja Jak3:n limakalvo-ekspression menetys johtaa sekä enterosyyttisen että sekretorisen linjan solujen erilaistumisen merkkiaineiden vähentyneeseen ilmentymiseen. Jak3 KO -hiirillä todettiin paksusuolen villiinin, hiilihappoanhydraasin ja sekretorisen mucin muc2:n vähentynyt ilmentyminen, ja paksusuolen tulehdus lisääntyi, mikä näkyi pro-inflammatoristen sytokiinien IL-6:n ja IL-17A:n lisääntyneinä pitoisuuksina paksusuolessa sekä lisääntyneenä paksusuolen myeloperoksidaasiaktiivisuutena. KO-hiirten tulehdukset liittyivät paksusuolen pituuden lyhenemiseen, umpisuolen pituuden vähenemiseen, kryptojen korkeuden pienenemiseen ja vakavuuden lisääntymiseen dekstraanisulfaattinatriumin aiheuttamaa paksusuolen tulehdusta kohtaan. Erilaistuneissa ihmisen paksusuolen epiteelisoluissa Jak3 jakautui uudelleen basolateraalisille pinnoille ja oli vuorovaikutuksessa adherens-junktion (AJ) proteiinin β-kateniinin kanssa. Jak3:n ilmentyminen näissä soluissa oli olennaista β-kateniinin AJ-lokalisaatiolle ja epiteelin estotoimintojen ylläpitämiselle. Yhdessä nämä tulokset osoittavat Jak3:n olennaisen roolin paksusuolessa, jossa se helpotti limakalvon erilaistumista edistämällä erilaistumismarkkereiden ilmentymistä ja tehostamalla paksusuolen estotoimintoja β-kateniinin AJ-lokalisaation kautta.
Vaikka Janus-kinaasi 3:n (Jak3) konstitutiivinen aktivaatio johtaa erilaisiin syöpäsairauksiin, Jak3:n aktivaation transmolekulaarisen säätelyn mekanismista on raportoitu vasta äskettäin. Tämä tutkimus osoitti, että Jak3:n autofosforylaatio oli nopeutta rajoittava vaihe Jak3:n trans-fosforylaatiossa Shc:ssä, jossa Jak3 fosforyloi suoraan (P) kaksi tyrosiinijäämää SH-2-domeenissa ja yhden tyrosiinijäämän kummassakin Shc:n CH-1- ja PID-domeeneissa. Jak3:n ja Shc:n mutanttien väliset suorat vuorovaikutukset osoittivat, että vaikka Jak3:n FERM-domeeni riitti sitoutumaan Shc:hen, Shc:n CH-1- ja PID-domeenit olivat vastuussa Jak3:een sitoutumisesta. Toiminnallisesti Jak3 autofosforyloitui IL-2-stimulaation yhteydessä epiteelisoluissa. Shc rekrytoi kuitenkin tyrosiinifosfataasi SHP-2:n ja PTP-1B:n Jak3:een ja siten defosforyloi Jak3:n. Näin ollen tutkimuksessa ei ainoastaan luonnehdittu Jak3:n vuorovaikutusta Shc:n kanssa, vaan myös osoitettiin Jak3:n aktivaation solunsisäisen säätelyn mekanismi, jossa Jak3:n vuorovaikutukset Shc:n kanssa toimivat Jak3:n defosforylaation säätelijänä Shc:n suorien vuorovaikutusten kautta sekä Jak3:n että tyrosiinifosfataasien kanssa.
Kroonisella matala-asteisella inflammaatiolla (CLGI) on keskeinen rooli aineenvaihdunnan huononemisessa liikalihavilla. Jak3:n ilmentyminen ja aktivoituminen suojaavat CLGI:n ja siihen liittyvien terveyskomplikaatioiden kehittymiseltä. Jyrsijämallilla tehdyt tutkimukset osoittavat, että Jak3:n menetys johtaa lisääntyneeseen ruumiinpainoon, systeemiseen perus-CLGI:hen, heikentyneeseen glykeemiseen homeostaasiin, hyperinsulinemiaan ja maksan steatoosin varhaisiin oireisiin. Jak3:n puute johtaa myös metabolisen oireyhtymän liioiteltuihin oireisiin länsimaisella runsasrasvaisella ruokavaliolla. Mekanistisesti on osoitettu, että Jak3 on välttämätön toll-tyyppisten reseptorien (TLR) vähentyneelle ilmentymiselle ja aktivoitumiselle hiiren suolen limakalvolla ja ihmisen suoliston epiteelisoluissa, joissa Jak3 oli vuorovaikutuksessa ja aktivoi p85:n, PI3K:n säätelevän alayksikön, kanssa sovitinproteiinin insuliinireseptorin substraatin (IRS1) tyrosiinifosforylaation kautta. Nämä vuorovaikutukset johtivat PI3K-Akt-akselin aktivoitumiseen, mikä oli olennaista vähentyneelle TLR-ekspressiolle ja TLR:ään liittyvälle NF-κB-aktivoitumiselle. Kaiken kaikkiaan Jak3:lla on olennainen rooli limakalvon sietokyvyn edistämisessä tukahduttamalla TLR:ien ilmentymistä ja rajoittamalla TLR:ien aktivoitumista ja siten ehkäisemällä suoliston ja systeemistä CLGI:tä ja siihen liittyvää lihavuutta ja MetS:ää.
Adherens-liitosten (AJ) häiriöt liittyvät useisiin kroonisiin tulehdussairauksiin. Toiminnallinen karakterisointi osoitti, että Jak3-autofosforylaatio oli nopeutta rajoittava vaihe β-kateniinin Jak3-transfosforylaatiossa, jossa Jak3 fosforyloi suoraan kolme tyrosiinijäämää, nimittäin Tyr30:n, Tyr64:n ja Tyr86:n β-kateniinin N-terminaalisessa domeenissa (NTD). Kuitenkin β-kateniinin edeltävä fosforylaatio Tyr654:ssä oli välttämätön Jak3:n suorittamalle β-kateniinin fosforylaatiolle. Vuorovaikutustutkimukset osoittivat, että fosforyloitu Jak3 sitoutui fosforyloituun β-kateniiniin dissosiaatiovakion ollessa 0,28 μm, ja vaikka sekä Jak3:n kinaasi- että FERM-domeenit (Band 4.1, ezriini, radiksiini ja moesiini) olivat vuorovaikutuksessa β-kateniinin kanssa, β-kateniinin NTD-domeeni helpotti sen vuorovaikutuksia Jak3:n kanssa. Fysiologisesti Jak3:n välittämä β-kateniinin fosforylaatio tukahdutti EGF-välitteistä epiteeli-mesenkymaalista siirtymää (EMT) ja helpotti epiteelin sulkutoimintoja AJ-lokalisoimalla fosforyloidun β-kateniinin AJ-lokalisoituminen sen vuorovaikutusten kautta α-kateniinin kanssa. Lisäksi Jak3-välitteisten fosforylaatiokohtien menetys β-kateniinissa kumosi sen AJ-lokalisaation ja vaaransi epiteelin esteen toiminnot. Yhdessä tämä tutkimus ei ainoastaan luonnehtinut Jak3:n vuorovaikutusta β-kateniinin kanssa, vaan osoitti myös AJ-dynamiikan ja EMT:n välisen molekulaarisen vuorovaikutuksen mekanismin Jak3-välitteisen β-kateniinin NTD-fosforylaation avulla.
Rintasyöpäresistenssiproteiini (BCRP) kuuluu ATP-sitovan kasetin (ABC) kuljettajaproteiineihin, joiden ensisijaisena tehtävänä on plasmamembraaniin sidottujen substraattien ulosvirtaus. Heikentyneillä suoliesteen toiminnoilla on merkittävä rooli krooniseen matala-asteiseen tulehdukseen (CLGI) liittyvässä liikalihavuudessa, mutta BCRP:n säätelyä liikalihavuuden aikana ja sen roolia suoliesteen toiminnan ylläpitämisessä CLGI:hen liittyvän liikalihavuuden aikana ei tunnettu. Viimeaikaiset tutkimukset, joissa on käytetty useita lähestymistapoja, mukaan lukien efflux-määritykset, immunoprecipitaatio/blotting/histokemia, parasellulaarinen läpäisevyysmääritys, fluoresenssiaktivoitu solulajittelu, sytokiinimääritys ja immunofluoresenssimikroskopia, viittaavat siihen, että lihavilla yksilöillä on heikentynyt BCRP:n toiminta suolistossa ja että ruokavaliolla aikaansaadut lihavat lihavuuden aiheuttamat lihavuuden aiheuttamat lihavuuden aiheuttamat tulokset ovat samat. Lisäksi osoitettiin, että lihavuuden aikana heikentyneet BCRP:n toiminnot johtuvat Janus-kinaasi 3:n (JAK3) välittämän BCRP:n tyrosiinifosforylaation häviämisestä. Tutkimusten tulokset osoittivat, että BCRP:n JAK3-välitteinen fosforylaatio edistää sen vuorovaikutusta kalvoille lokalisoituneen β-kateniinin kanssa, joka on olennainen paitsi BCRP:n ilmentymiselle ja pintalokalisoitumiselle myös BCRP:n välittämien suoliston lääkeaineiden effluksin ja esteen toimintojen ylläpitämiselle. Havaittiin, että vähentynyt suoliston JAK3-ekspressio ihmisen liikalihavuuden aikana tai JAK3:n tyrmäys hiiressä tai siRNA-välitteinen β-kateniinin tyrmäys ihmisen suoliston epiteelisoluissa johtavat kaikki merkittävään suoliston BCRP-ekspression häviämiseen ja heikentyneeseen paksusuolen lääkeaineiden efflux- ja sulkutoimintoihin. Nämä tulokset paljastavat BCRP:n välittämän suoliston lääkeaineiden effluksin ja sulkutoimintojen mekanismin ja vahvistavat BCRP:n roolin CLGI:hen liittyvän lihavuuden ehkäisyssä sekä ihmisillä että hiirillä. Näillä tutkimuksilla on laajempia vaikutuksia paitsi ymmärrykseemme suoliston estefunktioiden ja CLGI:hen liittyvien kroonisten tulehdussairauksien fysiologisista ja patofysiologisista mekanismeista myös proteiinivälitteisen lääkeaine-effluxin farmakokineettisiin ja farmakodynaamisiin ominaisuuksiin suun kautta otettavissa lääkeainevalmisteissa.