Mivel a JAK3 a vérképző- és hámsejtekben fejeződik ki, a citokinszignalizációban betöltött szerepe feltételezhetően korlátozottabb, mint más JAK-oké. Leggyakrabban a T-sejtekben és az NK-sejtekben fejeződik ki, de bélhámsejtekben is kimutatták. A JAK3 részt vesz az I. típusú citokinreceptor-család közös gamma-láncát (γc) alkalmazó receptorok (pl. IL-2R, IL-4R, IL-7R, IL-9R, IL-15R és IL-21R) jelátvitelében. A Janus kináz 3 funkcióját megszüntető mutációk autoszomális SCID-t (súlyos kombinált immunhiányos betegség) okoznak, míg az aktiváló Janus kináz 3 mutációk leukémia kialakulásához vezetnek.
A T-sejtekben és NK-sejtekben betöltött jól ismert szerepe mellett a JAK3-ról kimutatták, hogy közvetíti az IL-8 stimulációt a humán neutrofilekben. Az IL-8 elsősorban a neutrofilek és limfociták kemotaxisának indukálására szolgál, és a JAK3 csendesítése súlyosan gátolja az IL-8 által közvetített kemotaxist.
BélhámsejtekSzerkesztés
A JAK3 kölcsönhatásba lép az aktinkötő fehérjével, a villinnel, ezáltal elősegíti a citoszkeletális remodellinget és a nyálkahártya sebjavítást. A Jak3 és a villin / gelsolin családba tartozó citoszkeletális fehérjék közötti kölcsönhatásokat szabályozó szerkezeti determinánsokat is jellemezték. A Jak3 rekombináns Jak3 kinázaktivitásának funkcionális rekonstrukciója Jak3-wt vagy villin/gelsolin-wt szubsztrátot használva azt mutatta, hogy a Jak3 autofoszforilációja a Jak3 és a citoszkeletális fehérjék közötti kölcsönhatások során a sebességkorlátozó lépés. A kinetikai paraméterek azt mutatták, hogy a foszforilált (P) Jak3 23 nM disszociációs állandóval (Kd) és 3,7-es Hill-koefficienssel kötődik a P-villinhez. A Jak3 mutánsok és a villin közötti páros kötődés azt mutatta, hogy a Jak3 FERM doménje elegendő a P-villinhez való kötődéshez 40,0 nM Kd értékkel. A Jak3 SH2 doménje azonban megakadályozta, hogy a P-villin a nem foszforilált fehérje FERM-doménjéhez kötődjön. A nem foszforilált Jak3 FERM és SH2 doménjei közötti intramolekuláris kölcsönhatás megakadályozta a Jak3 villinhez való kötődését, és a Jak3 SH2 doménjénél történő tirozin autofoszforilációja csökkentette ezeket az intramolekuláris kölcsönhatásokat és elősegítette a FERM domén villinhez való kötődését. Ezek a Jak3 és a citoszkeletális fehérjék közötti kölcsönhatások molekuláris mechanizmusát mutatják be, ahol az SH2 domén tirozin-foszforilációja intramolekuláris kapcsolóként működött a Jak3 és a citoszkeletális fehérjék közötti kölcsönhatásokban.
A gyulladásos bélbetegségben (IBD) szenvedő betegeknél a nyálkahártya nyálkahártyájának tartós károsodása megkönnyíti a bél mikrobák transzlokációját a szubmucosális immunsejtekhez, ami krónikus gyulladáshoz vezet. Az IL-2 szerepet játszik a bélhámsejtek (IEC) homeosztázisában az IEC proliferációjának és sejthalálának koncentrációfüggő szabályozásán keresztül. Az IL-2 aktiválása csak alacsonyabb koncentrációban vezetett a Jak3 és a p52ShcA közötti tirozin-foszforiláció-függő kölcsönhatásokhoz. Az IL-2 magasabb koncentrációi csökkentették a Jak3 foszforilációját, megzavarták a p52ShcA-val való kölcsönhatásait, a Jak3 átrendeződött a sejtmagba, és apoptózist indukált az IEC-ben. Az IL-2 a Jak3-mRNS dózisfüggő downregulációját is indukálta. Konstitutív overexpressziós és mir-shRNS-mediált knockdown vizsgálatok kimutatták, hogy a Jak3 expressziója szükséges az IEC IL-2-indukált proliferációjához. Ezenkívül a jak3-mRNS IL-2-indukált downregulációja volt felelős a magasabb IL-2-indukált apoptózisért az IEC-ben. Így az IL-2-indukált nyálkahártya homeosztázis a Jak3 poszttranszlációs és transzkripciós szabályozásán keresztül.
A Jak3 a nyálkahártya differenciálódásában és a gyulladásos bélbetegségre való hajlamban is szerepet játszik egérmodellben. Ezek a vizsgálatok azt mutatják, hogy a Jak3 kifejeződik az egerek vastagbélnyálkahártyájában, és a Jak3 nyálkahártya-expressziójának elvesztése az enterocitikus és a szekréciós vonal sejtjeinek differenciálódási markereinek csökkent expresszióját eredményezi. A Jak3 KO egereknél csökkent a vastagbél villin, a szénsav anhidráz és a szekréciós mucin muc2 expressziója, valamint fokozott bazális vastagbélgyulladás mutatkozott, amit a vastagbélben az IL-6 és IL-17A pro-inflammatorikus citokinek megnövekedett szintje és a vastagbél fokozott myeloperoxidáz aktivitása tükröz. A KO egerekben a gyulladások a vastagbél hosszának megrövidülésével, a cecum hosszának csökkenésével, a kripták magasságának csökkenésével és a dextránsulfát-nátrium által kiváltott vastagbélgyulladás súlyosságának növekedésével jártak együtt. Differenciált humán vastagbélhámsejtekben a Jak3 átrendeződött a bazolaterális felszínre és kölcsönhatásba lépett az adherens junction (AJ) fehérjével, a β-kateninnel. A Jak3 expressziója ezekben a sejtekben elengedhetetlen volt a β-katenin AJ lokalizációjához és az epiteliális barrierfunkciók fenntartásához. Összességében ezek az eredmények a Jak3 alapvető szerepét mutatják a vastagbélben, ahol a differenciálódási markerek expressziójának elősegítésével elősegítette a nyálkahártya differenciálódását, és a β-katenin AJ lokalizációján keresztül fokozta a vastagbél barrierfunkcióit.
Noha a Janus kináz 3 (Jak3) konstitutív aktivációja különböző rákbetegségekhez vezet, a Jak3 aktiváció transzmolekuláris szabályozásának mechanizmusáról csak nemrég számoltak be. Ez a vizsgálat kimutatta, hogy a Jak3 autofoszforiláció volt a sebességkorlátozó lépés a Shc Jak3 transz-foszforilációja során, ahol a Jak3 közvetlenül foszforilált (P) két tirozin maradékot az SH-2-doménben, és egy-egy tirozin maradékot a CH-1, és PID doménekben a Shc-ben. A Jak3 és a Shc mutánsai közötti közvetlen kölcsönhatások azt mutatták, hogy míg a Jak3 FERM doménje elegendő volt a Shc-hez való kötődéshez, addig a Shc CH-1 és PID doménjei voltak felelősek a Jak3-hoz való kötődésért. Funkcionálisan a Jak3 autofoszforilálódott IL-2 stimuláció hatására a hámsejtekben. A Shc azonban a tirozin-foszfatáz SHP-2-t és PTP-1B-t toborozta a Jak3-hoz, és ezáltal defoszforilálta a Jak3-at. Így a tanulmány nemcsak a Jak3 és a Shc kölcsönhatását jellemezte, hanem a Jak3 aktiváció intracelluláris szabályozásának mechanizmusát is bemutatta, ahol a Jak3 és a Shc kölcsönhatása a Jak3 defoszforiláció szabályozójaként hatott a Shc közvetlen kölcsönhatásain keresztül mind a Jak3-mal, mind a tirozin-foszfatázokkal.
A krónikus alacsony fokú gyulladás (CLGI) kulcsszerepet játszik a metabolikus állapotromlásban az elhízott populációban. A Jak3 expressziója és aktivációja védelmet nyújt a CLGI kialakulásával és a kapcsolódó egészségügyi szövődményekkel szemben. Rágcsálómodellben végzett vizsgálatok azt mutatják, hogy a Jak3 elvesztése megnövekedett testsúlyt, szisztémás alapszintű CLGI-t, károsodott glikémiás homeosztázist, hyperinsulinaemiát és a máj steatosis korai tüneteit eredményezi. A Jak3 hiánya a metabolikus szindróma eltúlzott tüneteit is eredményezi a magas zsírtartalmú nyugati étrend hatására. Mechanisztikailag kimutatták, hogy a Jak3 nélkülözhetetlen az útdíjszerű receptorok (TLR) csökkent expressziójához és aktiválásához egér bélnyálkahártyában és humán bélhámsejtekben, ahol a Jak3 kölcsönhatásba lépett és aktiválta a PI3K szabályozó alegységét, a p85-öt az adapterfehérje inzulinreceptor-szubsztrát (IRS1) tirozin-foszforilációján keresztül. Ezek a kölcsönhatások a PI3K-Akt tengely aktiválódását eredményezték, ami elengedhetetlen volt a csökkent TLR-expresszióhoz és a TLR-hez kapcsolódó NF-κB aktivációhoz. Összességében a Jak3 alapvető szerepet játszik a nyálkahártya toleranciájának elősegítésében a TLR-ek elnyomott expressziója és korlátozó aktivációja révén, ezáltal megelőzve a bélrendszeri és szisztémás CLGI-t és az ehhez társuló elhízást és MetS-t.
Az adherens csomópontok (AJ-k) károsodása számos krónikus gyulladásos betegséghez társul. A funkcionális jellemzés kimutatta, hogy a Jak3 autofoszforiláció volt a sebességkorlátozó lépés a β-katenin Jak3 transz-foszforilációja során, ahol a Jak3 közvetlenül foszforilált három tirozin maradékot, nevezetesen a Tyr30, Tyr64 és Tyr86-ot a β-katenin N-terminális doménjében (NTD). A β-katenin Tyr654-nél történő előzetes foszforilációja azonban elengedhetetlen volt a β-katenin Jak3 általi további foszforilációjához. Interakciós vizsgálatok azt mutatták, hogy a foszforilált Jak3 0,28 μm-es disszociációs állandóval kötődött a foszforilált β-kateninhez, és bár a Jak3 kináz és FERM (4.1-es sáv, ezrin, radixin és moesin) doménje egyaránt kölcsönhatásba lépett a β-kateninnel, a β-katenin NTD doménje elősegítette a Jak3-mal való kölcsönhatását. Fiziológiai szempontból a Jak3 által közvetített β-katenin foszforilációja elnyomta az EGF által közvetített epiteliális-mesenchimális átmenetet (EMT)és elősegítette az epiteliális barrier funkciókat a foszforilált β-katenin AJ lokalizációja révén, az α-kateninnel való kölcsönhatások révén. Továbbá, a Jak3 által közvetített foszforilációs helyek elvesztése a β-kateninben megszüntette annak AJ-lokalizációját és veszélyeztette az epithelialis gátfunkciókat. Összességében ez a tanulmány nemcsak a Jak3 és a β-katenin kölcsönhatását jellemezte, hanem a β-katenin Jak3 által közvetített NTD foszforilációja révén az AJ dinamika és az EMT közötti molekuláris kölcsönhatás mechanizmusát is bemutatta.
A mellrák rezisztenciafehérje (BCRP) az ATP-kötő kazettás (ABC) transzporter fehérjék egyik tagja, amelynek elsődleges funkciója a plazmamembránhoz kötött szubsztrátok kiáramoltatása. A krónikus alacsony fokú gyulladással (CLGI) társuló elhízásban a károsodott bélgátfunkciók jelentős szerepet játszanak, de a BCRP szabályozása az elhízás során és szerepe a bélgátfunkció fenntartásában a CLGI-vel társuló elhízás során ismeretlen volt. Számos megközelítés, többek között effluxvizsgálatok, immunprecipitáció/blotting/hisztokémia, paracelluláris permeabilitásvizsgálat, fluoreszcencia aktivált sejtválogatás, citokinvizsgálat és immunfluoreszcens mikroszkópia segítségével a legújabb vizsgálatok azt sugallják, hogy az elhízott egyének bélrendszeri BCRP funkciói károsodtak, és hogy a diétával indukált elhízott egerek reprodukálják ezeket az eredményeket. Azt is kimutatták, hogy az elhízás során károsodott BCRP funkciók a BCRP Janus kináz 3 (JAK3) által közvetített tirozin-foszforilációjának elvesztése miatt következtek be. A vizsgálatok eredményei azt mutatták, hogy a BCRP JAK3 által közvetített foszforilációja elősegíti a membrán-lokalizált β-kateninnel való kölcsönhatását, amely nemcsak a BCRP expressziójához és felszíni lokalizációjához, hanem a BCRP által közvetített bélrendszeri gyógyszer-kiáramlás és barrierfunkciók fenntartásához is elengedhetetlen. Megfigyelték, hogy a humán elhízás során csökkent bélrendszeri JAK3-expresszió vagy a JAK3 knockout egérben, illetve a humán bélhámsejtekben siRNS-mediált β-katenin knockdown mind a bélrendszeri BCRP-expresszió jelentős csökkenését, valamint a vastagbél gyógyszer-kiáramlási és gátfunkciók károsodását eredményezi. Ezek az eredmények feltárják a BCRP által közvetített bélrendszeri gyógyszer efflux és barrier funkciók mechanizmusát, és megállapítják a BCRP szerepét a CLGI-hez társuló elhízás megelőzésében mind emberben, mind egerekben. Ezek a vizsgálatok nemcsak a bélgátfunkciók és a CLGI-vel összefüggő krónikus gyulladásos betegségek fiziológiai és patofiziológiai mechanizmusainak megértésében, hanem az orális gyógyszerformulák fehérje-mediált gyógyszer-efflux farmakokinetikai és farmakodinamikai jellemzőinek megértésében is szélesebb körű jelentőséggel bírnak.