Jako że JAK3 ulega ekspresji w komórkach hematopoetycznych i nabłonkowych, uważa się, że jej rola w sygnalizacji cytokin jest bardziej ograniczona niż innych JAK. Najczęściej ulega ekspresji w komórkach T i NK, ale stwierdzono ją również w komórkach nabłonka jelitowego. JAK3 jest zaangażowany w transdukcję sygnału przez receptory wykorzystujące wspólny łańcuch gamma (γc) rodziny receptorów cytokinowych typu I (np. IL-2R, IL-4R, IL-7R, IL-9R, IL-15R i IL-21R). Mutacje, które upośledzają funkcję kinazy Janus 3, powodują autosomalny SCID (ciężki połączony niedobór odporności), podczas gdy aktywujące mutacje kinazy Janus 3 prowadzą do rozwoju białaczki.
Oprócz dobrze znanych ról w komórkach T i NK, JAK3 pośredniczy w stymulacji IL-8 w ludzkich neutrofilach. IL-8 działa głównie w celu indukowania chemotaksji w neutrofilach i limfocytach, a wyciszenie JAK3 poważnie hamuje chemotaksję indukowaną przez IL-8.
Komórki nabłonka jelitowegoEdit
Jak3 oddziałuje z białkiem wiążącym aktyny – wiliją, ułatwiając w ten sposób przebudowę cytoszkieletu i naprawę ran śluzówki. Scharakteryzowano również strukturalne determinanty, które regulują interakcje pomiędzy Jak3 i białkami cytoszkieletowymi z rodziny villin / gelsolin. Funkcjonalna rekonstytucja aktywności kinazowej rekombinowanego Jak3 przy użyciu Jak3-wt lub villin/gelsolin-wt jako substratu wykazała, że autofosforylacja Jak3 była etapem ograniczającym szybkość interakcji pomiędzy Jak3 a białkami cytoszkieletowymi. Parametry kinetyczne wykazały, że fosforylowany (P) Jak3 wi±że się z P-wilin± ze stał± dysocjacji (Kd) 23 nM i współczynnikiem Hilla 3,7. Wiązanie parami pomiędzy mutantami Jak3 i williną wykazało, że domena FERM Jak3 była wystarczająca do wiązania się z P-wiliną z Kd wynoszącym 40,0 nM. Jednakże domena SH2 Jak3 uniemożliwiała wiązanie się P-villin z domeną FERM niefosforylowanego białka. Wewnątrzcząsteczkowe interakcje między domenami FERM i SH2 niefosforylowanego Jak3 uniemożliwiały Jak3 wiązanie się z wiliną, a autofosforylacja tyrozyny Jak3 w domenie SH2 zmniejszyła te wewnątrzcząsteczkowe interakcje i ułatwiła wiązanie domeny FERM z wiliną. To demonstruje molekularny mechanizm oddziaływań między Jak3 i białkami cytoszkieletowymi, gdzie fosforylacja tyrozyny domeny SH2 działała jako wewnątrzcząsteczkowy przełącznik dla oddziaływań między Jak3 i białkami cytoszkieletowymi.
Podtrzymywane uszkodzenie wyściółki śluzówki u pacjentów z nieswoistym zapaleniem jelit (IBD) ułatwia translokację mikrobów jelitowych do podśluzówkowych komórek odpornościowych prowadzących do przewlekłego zapalenia. IL-2 odgrywa rolę w homeostazie komórek nabłonka jelitowego (IEC) poprzez zależną od stężenia regulację proliferacji i śmierci komórek IEC. Aktywacja przez IL-2 prowadziła do zależnych od fosforylacji tyrozyny interakcji pomiędzy Jak3 i p52ShcA tylko w niższych stężeniach. Wyższe stężenia IL-2 zmniejszały fosforylację Jak3, zaburzały jej interakcje z p52ShcA, redystrybuowały Jak3 do jądra i indukowały apoptozę w IEC. IL-2 indukowała również zależną od dawki redukcję jak3-mRNA. Badania konstytutywnej nadekspresji i knockdown z użyciem mir-shRNA wykazały, że ekspresja Jak3 jest niezbędna do proliferacji IEC indukowanej IL-2. Dodatkowo, indukowana IL-2 redukcja jak3-mRNA była odpowiedzialna za wyższą indukowaną IL-2 apoptozę w IEC. Tak więc IL-2 indukowała homeostazę błony śluzowej poprzez potranslacyjną i transkrypcyjną regulację Jak3.
Jak3 jest również implikowany w różnicowaniu błony śluzowej i predyspozycji do zapalnych chorób jelit w modelu mysim. Badania te wykazały, że Jak3 ulega ekspresji w błonie śluzowej jelita grubego myszy, a utrata ekspresji Jak3 skutkuje zmniejszoną ekspresją markerów różnicowania dla komórek linii enterocytarnej i sekrecyjnej. Myszy Jak3 KO wykazywały zmniejszoną ekspresję willyny okrężnicy, anhydrazy węglowej, mucyny wydzielniczej muc2 oraz zwiększone podstawowe zapalenie okrężnicy odzwierciedlone przez zwiększony poziom cytokin prozapalnych IL-6 i IL-17A w okrężnicy wraz ze zwiększoną aktywnością mieloperoksydazy okrężnicy. Zapalenie u myszy KO wiązało się ze skróceniem długości okrężnicy, zmniejszeniem długości kątnicy, zmniejszeniem wysokości krypt i zwiększeniem nasilenia zapalenia jelita grubego indukowanego sodowym siarczanem dekstranu. W zróżnicowanych ludzkich komórkach nabłonka okrężnicy Jak3 redystrybuował do powierzchni podstawnych i oddziaływał z białkiem złącza adherencyjnego (AJ) β-kateniną. Ekspresja Jak3 w tych komórkach była niezbędna dla lokalizacji AJ β-kateniny i utrzymania funkcji barierowych nabłonka. Łącznie, wyniki te wskazują na istotną rolę Jak3 w okrężnicy, gdzie ułatwiała ona różnicowanie śluzówki poprzez promowanie ekspresji markerów różnicowania i poprawiała funkcje bariery okrężnicy poprzez lokalizację AJ β-kateniny.
Chociaż konstytutywna aktywacja kinazy Janus 3 (Jak3) prowadzi do różnych nowotworów, mechanizm transkomolekularnej regulacji aktywacji Jak3 został opisany dopiero niedawno. Badania te wykazały, że autofosforylacja Jak3 była krokiem ograniczającym tempo podczas trans-fosforylacji Jak3 w Shc, gdzie Jak3 bezpośrednio fosforyluje (P) dwie reszty tyrozynowe w domenie SH-2 i po jednej reszcie tyrozynowej w domenach CH-1 i PID Shc. Bezpośrednie interakcje pomiędzy mutantami Jak3 i Shc wykazały, że podczas gdy domena FERM Jak3 była wystarczająca do wiązania się z Shc, domeny CH-1 i PID Shc były odpowiedzialne za wiązanie się z Jak3. Funkcjonalnie, Jak3 był autofosforylowany pod wpływem stymulacji IL-2 w komórkach nabłonkowych. Jednakże Shc rekrutował fosfatazę tyrozynową SHP-2 i PTP-1B do Jak3 i w ten sposób deposforylował Jak3. Tak więc badanie to nie tylko scharakteryzowało interakcje Jak3 z Shc, ale również wykazało mechanizm wewnątrzkomórkowej regulacji aktywacji Jak3, gdzie interakcje Jak3 z Shc działały jako regulator dephosphorylation Jak3 poprzez bezpośrednie interakcje Shc zarówno z Jak3 jak i fosfatazami tyrozynowymi.
Przewlekłe zapalenie o niskiej aktywności (CLGI) odgrywa kluczową rolę w pogorszeniu metabolizmu w populacji otyłych. Ekspresja i aktywacja Jak3 zapewnia ochronę przed rozwojem CLGI i związanymi z nim powikłaniami zdrowotnymi. Badania na modelu gryzoni wykazały, że utrata Jak3 skutkuje zwiększeniem masy ciała, podstawową ogólnoustrojową CLGI, zaburzeniem homeostazy glikemii, hiperinsulinemią i wczesnymi objawami stłuszczenia wątroby. Brak Jak3 powoduje również nasilenie objawów zespołu metabolicznego w wyniku stosowania zachodniej diety wysokotłuszczowej. Mechanistycznie wykazano, że Jak3 jest niezbędny do obniżenia ekspresji i aktywacji receptorów toll like (TLRs) w błonie śluzowej jelit u myszy i w komórkach nabłonka jelitowego u ludzi, gdzie Jak3 oddziałuje i aktywuje p85, podjednostkę regulatorową PI3K, poprzez fosforylację tyrozyny białka adaptorowego receptora insulinowego (IRS1). Interakcje te skutkowały aktywacją osi PI3K-Akt, co było niezbędne do zmniejszenia ekspresji TLR i związanej z TLR aktywacji NF-κB. Ogólnie rzecz biorąc, Jak3 odgrywa istotną rolę w promowaniu tolerancji błony śluzowej poprzez tłumienie ekspresji i ograniczanie aktywacji TLRs, zapobiegając w ten sposób jelitowemu i systemowemu CLGI oraz związanej z nim otyłości i MetS.
Kompromis w połączeniach adherentnych (AJs) jest związany z kilkoma przewlekłymi chorobami zapalnymi. Charakteryzacja funkcjonalna wykazała, że autofosforylacja Jak3 była etapem ograniczającym szybkość transfosforylacji Jak3 na β-kateninie, gdzie Jak3 bezpośrednio fosforyluje trzy reszty tyrozynowe, Tyr30, Tyr64 i Tyr86 w N-końcowej domenie (NTD) β-kateniny. Jednakże, wcześniejsza fosforylacja β-kateniny przy Tyr654 była niezbędna do dalszej fosforylacji β-kateniny przez Jak3. Badania interakcji wykazały, że fosforylowany Jak3 wiązał się z fosforylowaną β-kateniną ze stałą dysocjacji 0,28 μm i chociaż zarówno domena kinazowa, jak i FERM (pasmo 4.1, ezryna, radiksyna i moesyna) Jak3 oddziaływały z β-kateniną, to domena NTD β-kateniny ułatwiała jej interakcje z Jak3. Fizjologicznie, fosforylacja β-kateniny przez Jak3 hamowała transformację nabłonkowo-mezenchymalną (EMT) pod wpływem EGF i ułatwiała funkcje bariery nabłonkowej przez lokalizację AJ fosforylowanej β-kateniny poprzez jej interakcje z α-kateniną. Co więcej, utrata miejsc fosforylacji Jak3 w β-kateninie upośledzała jej lokalizację w AJ i upośledzała funkcje bariery nabłonkowej. Łącznie, badania te nie tylko scharakteryzowały interakcję Jak3 z β-kateniną, ale także wykazały mechanizm molekularnej interakcji pomiędzy dynamiką AJ i EMT poprzez fosforylację NTD β-kateniny, prowadzoną przez Jak3.
Białko oporności raka piersi (BCRP) jest członkiem białek transportera kasetowego wiążącego ATP (ABC), którego podstawową funkcją jest odpływ substratów związanych z błoną plazmatyczną. Upośledzenie funkcji bariery jelitowej odgrywa główną rolę w przewlekłym zapaleniu o niskiej aktywności (CLGI) związanym z otyłością, ale regulacja BCRP podczas otyłości i jego rola w utrzymaniu funkcji bariery jelitowej podczas CLGI związanej z otyłością nie były znane. Wykorzystując kilka metod, w tym testy efflux, immunoprecypitację/blotowanie/histochemię, test przepuszczalności parakomórkowej, sortowanie komórek aktywowane fluorescencją, test cytokin i mikroskopię immunofluorescencyjną, ostatnie badania sugerują, że osoby otyłe mają upośledzone funkcje jelitowej BCRP i że myszy otyłe indukowane dietą rekapitulują te wyniki. Wykazano również, że upośledzone funkcje BCRP podczas otyłości wynikają z utraty fosforylacji tyrozyny BCRP przez kinazę Janus 3 (JAK3). Wyniki badań wskazują, że fosforylacja BCRP przez JAK3 promuje jej interakcje z zlokalizowaną w błonie komórkowej β-kateniną, która jest niezbędna nie tylko do ekspresji i lokalizacji BCRP na powierzchni, ale także do utrzymania funkcji bariery jelitowej i przepływu leków przez BCRP. Zaobserwowano, że zmniejszona jelitowa ekspresja JAK3 podczas ludzkiej otyłości, nokaut JAK3 u myszy lub siRNA-mediated β-catenin knockdown in human intestinal epithelial cells all result in significant loss of intestinal BCRP expression and compromised colonic drug efflux and barrier functions. Wyniki te odkrywają mechanizm działania BCRP w jelitowym effluksie leków i funkcji barierowych oraz ustanawiają rolę BCRP w zapobieganiu otyłości związanej z CLGI zarówno u ludzi jak i u myszy. Badania te mają szersze implikacje nie tylko w naszym zrozumieniu fizjologicznych i patofizjologicznych mechanizmów funkcji bariery jelitowej i przewlekłych chorób zapalnych związanych z CLGI, ale także w farmakokinetycznej i farmakodynamicznej charakterystyce farmakokinetycznego i farmakodynamicznego przepływu leków w preparatach doustnych.