Pentru că JAK3 este exprimată în celulele hematopoietice și epiteliale, se crede că rolul său în semnalizarea citokinelor este mai restrâns decât al altor JAK-uri. Este cel mai frecvent exprimată în celulele T și în celulele NK, dar a fost găsită și în celulele epiteliale intestinale. JAK3 este implicat în transducția semnalului de către receptorii care utilizează lanțul gamma comun (γc) al familiei de receptori de citokine de tip I (de exemplu, IL-2R, IL-4R, IL-7R, IL-9R, IL-15R și IL-21R). Mutațiile care abrogă funcția Janus kinazei 3 provoacă o SCID autosomală (boală de imunodeficiență combinată severă), în timp ce mutațiile de activare a Janus kinazei 3 duc la dezvoltarea leucemiei.
În plus față de rolurile sale bine cunoscute în celulele T și în celulele NK, s-a constatat că JAK3 mediază stimularea IL-8 în neutrofilele umane. IL-8 funcționează în primul rând pentru a induce chemotaxia în neutrofile și limfocite, iar reducerea la tăcere a JAK3 inhibă sever chemotaxia mediată de IL-8.
Celule epiteliale intestinaleEdit
Jak3 interacționează cu proteina villină de legare a actinei, facilitând astfel remodelarea citoscheletului și repararea rănilor mucoasei. Au fost, de asemenea, caracterizați determinanții structurali care reglează interacțiunile dintre Jak3 și proteinele citoscheletice din familia villin / gelsolin. Reconstituirea funcțională a activității kinazice de către Jak3 recombinant folosind Jak3-wt sau villin / gelsolin-wt ca substrat a arătat că autofosforilarea Jak3 a fost etapa care limitează viteza în timpul interacțiunilor dintre Jak3 și proteinele citoscheletice. Parametrii cinetici au arătat că Jak3 fosforilat (P) se leagă de P-villină cu o constantă de disociere (Kd) de 23 nM și un coeficient Hill de 3,7. Legarea pe perechi între mutanții Jak3 și villină a arătat că domeniul FERM al Jak3 este suficient pentru legarea la P-villină cu o Kd de 40,0 nM. Cu toate acestea, domeniul SH2 al Jak3 a împiedicat legarea P-villinei la domeniul FERM al proteinei nefosforilate. Interacțiunea intramoleculară dintre domeniile FERM și SH2 ale Jak3 nefosforilat a împiedicat Jak3 să se lege de villină, iar autofosforilarea cu tirozină a Jak3 la nivelul domeniului SH2 a diminuat aceste interacțiuni intramoleculare și a facilitat legarea domeniului FERM de villină. Acestea demonstrează mecanismul molecular al interacțiunilor dintre Jak3 și proteinele citoscheletice în care fosforilarea cu tirozină a domeniului SH2 a acționat ca un comutator intramolecular pentru interacțiunile dintre Jak3 și proteinele citoscheletice.
Deteriorarea susținută a mucoasei la pacienții cu boală inflamatorie intestinală (IBD) facilitează translocarea microbilor intestinali către celulele imune submucoase, ceea ce duce la inflamație cronică. IL-2 joacă un rol în homeostazia celulelor epiteliale intestinale (IEC) prin reglarea dependentă de concentrație a proliferării IEC și a morții celulare. Activarea prin IL-2 a condus la interacțiuni dependente de fosforilarea tirozinei între Jak3 și p52ShcA numai la concentrații mai mici. Concentrațiile mai mari de IL-2 au diminuat fosforilarea Jak3, au întrerupt interacțiunile sale cu p52ShcA, au redistribuit Jak3 în nucleu și au indus apoptoza în IEC. IL-2 a indus, de asemenea, reducerea dependentă de doză a ARNm jak3. Studiile de supraexprimare constitutivă și de knockdown mediat de mir-shRNA au arătat că expresia Jak3 este necesară pentru proliferarea indusă de IL-2 în IEC. În plus, reducerea indusă de IL-2 a ARNm jak3 a fost responsabilă pentru apoptoza mai mare indusă de IL-2 în IEC. Astfel, homeostazia mucoasei indusă de IL-2 prin reglarea posttranslațională și transcripțională a Jak3.
Jak3 este, de asemenea, implicată în diferențierea mucoasei și predispoziția la boala inflamatorie intestinală la modelul de șoareci. Aceste studii arată că Jak3 este exprimat în mucoasa colonică a șoarecilor, iar pierderea expresiei Jak3 la nivelul mucoasei duce la o expresie redusă a markerilor de diferențiere pentru celulele din ambele linii enterocitice și secretorii. Șoarecii Jak3 KO au prezentat o expresie redusă a villinei colonice, a anhidrazei carbonice, a mucinei secretorii muc2 și o inflamație colonică bazală crescută, reflectată de niveluri crescute ale citokinelor pro-inflamatorii IL-6 și IL-17A în colon, împreună cu o activitate crescută a mieloperoxidazei colonice. Inflamațiile la șoarecii KO au fost asociate cu scurtarea lungimii colonului, reducerea lungimii cecului, scăderea înălțimii criptelor și creșterea severității colitei induse de dextran sulfat de sodiu. În celulele epiteliale colonice umane diferențiate, Jak3 s-a redistribuit către suprafețele bazolaterale și a interacționat cu proteina β-catenină a joncțiunii aderențiale (AJ). Expresia Jak3 în aceste celule a fost esențială pentru localizarea AJ a β-cateninei și pentru menținerea funcțiilor de barieră epitelială. În mod colectiv, aceste rezultate demonstrează rolul esențial al Jak3 în colon, unde a facilitat diferențierea mucoasei prin promovarea expresiei markerilor de diferențiere și a îmbunătățit funcțiile de barieră a colonului prin localizarea AJ a β-cateninei.
Chiar dacă activarea constitutivă a Janus kinazei 3 (Jak3) duce la diferite tipuri de cancer, mecanismul de reglare transmoleculară a activării Jak3 este doar recent raportat. Acest studiu a arătat că autofosforilarea Jak3 a fost etapa de limitare a vitezei în timpul transfosforilării Jak3 a Shc, unde Jak3 a fosforilat direct (P) două resturi de tirozină în domeniul SH-2 și câte un rest de tirozină în domeniile CH-1 și PID ale Shc. Interacțiunile directe între mutanți ai Jak3 și Shc au arătat că, în timp ce domeniul FERM al Jak3 era suficient pentru legarea la Shc, domeniile CH-1 și PID ale Shc erau responsabile pentru legarea la Jak3. Din punct de vedere funcțional, Jak3 a fost autofosforilat la stimularea IL-2 în celulele epiteliale. Cu toate acestea, Shc a recrutat tirozina fosfataza SHP-2 și PTP-1B la Jak3 și astfel a desfosforilat Jak3. Astfel, studiul nu numai că a caracterizat interacțiunea Jak3 cu Shc, dar a demonstrat, de asemenea, mecanismul de reglare intracelulară a activării Jak3, în care interacțiunile Jak3 cu Shc au acționat ca un regulator al defosforilării Jak3 prin interacțiuni directe ale Shc atât cu Jak3, cât și cu tirozin fosfatazele.
Inflamația cronică de grad scăzut (CLGI) joacă un rol cheie în deteriorarea metabolică la populația obeză. Expresia și activarea Jak3 oferă protecție împotriva dezvoltării CLGI și a complicațiilor de sănătate asociate. Studiile pe model de rozătoare arată că pierderea Jak3 are ca rezultat creșterea greutății corporale, CLGI sistemică bazală, homeostazia glicemică compromisă, hiperinsulinemie și simptome timpurii de steatoză hepatică. Lipsa Jak3 determină, de asemenea, simptome exagerate ale sindromului metabolic prin dieta occidentală bogată în grăsimi. Din punct de vedere mecanic, s-a demonstrat că Jak3 este esențial pentru reducerea expresiei și activării receptorilor toll like (TLR) în mucoasa intestinală murină și în celulele epiteliale intestinale umane, unde Jak3 a interacționat cu și a activat p85, subunitatea de reglare a PI3K, prin fosforilarea tirozinei a proteinei adaptoare a substratului receptorului de insulină (IRS1). Aceste interacțiuni au dus la activarea axei PI3K-Akt, care a fost esențială pentru reducerea expresiei TLR și pentru activarea NF-κB asociată TLR. În general, Jak3 joacă un rol esențial în promovarea toleranței mucoaselor prin suprimarea expresiei și limitarea activării TLR-urilor, prevenind astfel CLGI intestinale și sistemice și obezitatea și MetS asociate.
Compromiterea joncțiunilor adherens (AJs) este asociată cu mai multe boli inflamatorii cronice. Caracterizarea funcțională a arătat că autofosforilarea Jak3 a fost etapa de limitare a vitezei în timpul trans-fosforilării Jak3 a β-cateninei, unde Jak3 a fosforilat direct trei reziduuri de tirozină, și anume Tyr30, Tyr64 și Tyr86 în domeniul N-terminal (NTD) al β-cateninei. Cu toate acestea, fosforilarea prealabilă a β-cateninei la Tyr654 a fost esențială pentru fosforilarea ulterioară a β-cateninei de către Jak3. Studiile de interacțiune au indicat că Jak3 fosforilat s-a legat de β-catenina fosforilată cu o constantă de disociere de 0,28 μm și, deși atât domeniul kinazei, cât și domeniul FERM (Band 4.1, ezrin, radixină și moesină) al lui Jak3 au interacționat cu β-catenina, domeniul NTD al β-cateninei a facilitat interacțiunile sale cu Jak3. Din punct de vedere fiziologic, fosforilarea β-cateninei mediată de Jak3 a suprimat tranziția epitelială-mesenchimală (EMT) mediată de EGF și a facilitat funcțiile de barieră epitelială prin localizarea AJ a β-cateninei fosforilate prin interacțiunile sale cu α-catenina. Mai mult, pierderea situsurilor de fosforilare mediate de Jak3 în β-catenină a abrogat localizarea AJ a acesteia și a compromis funcțiile de barieră epitelială. Împreună, acest studiu nu numai că a caracterizat interacțiunea Jak3 cu β-catenina, dar a demonstrat, de asemenea, mecanismul de interacțiune moleculară dintre dinamica AJ și EMT prin fosforilarea NTD mediată de Jak3 a β-cateninei.
Proteina de rezistență a cancerului de sân (BCRP) este un membru al proteinelor transportoare de casete de legare a ATP (ABC) a căror funcție principală este de a evacua substraturile legate la membrana plasmatică. Funcțiile de barieră intestinală deteriorate joacă un rol major în obezitatea asociată inflamației cronice de grad scăzut (CLGI), dar reglementarea BCRP în timpul obezității și rolul său în menținerea funcției de barieră intestinală în timpul obezității asociate CLGI au fost necunoscute. Folosind mai multe abordări, inclusiv teste de eflux, imunoprecipitare/blotting/ histochimie, test de permeabilitate paracelulară, sortare celulară activată prin fluorescență, test de citokine și microscopie de imunofluorescență, studii recente sugerează că persoanele obeze au funcțiile BCRP intestinale compromise și că șoarecii obezi induse de dietă recapitulează aceste rezultate. S-a demonstrat, de asemenea, că funcțiile compromise ale BCRP în timpul obezității se datorează pierderii fosforilării tirozinei BCRP mediate de Janus kinaza 3 (JAK3). Rezultatele studiilor au indicat că fosforilarea mediată de JAK3 a BCRP promovează interacțiunile acesteia cu β-catenina localizată în membrană, esențială nu numai pentru expresia și localizarea la suprafață a BCRP, ci și pentru menținerea efluxului de medicamente și a funcțiilor de barieră intestinale mediate de BCRP. S-a observat că expresia redusă a JAK3 la nivel intestinal în timpul obezității umane sau JAK3 knock-out la șoareci, sau reducerea β-cateninei mediată de siRNA în celulele epiteliale intestinale umane au ca rezultat pierderea semnificativă a expresiei BCRP la nivel intestinal și compromiterea efluxului de medicamente și a funcțiilor de barieră ale colonului. Aceste rezultate scot la iveală un mecanism al efluxului intestinal de medicamente și al funcțiilor de barieră mediate de BCRP și stabilesc un rol pentru BCRP în prevenirea obezității asociate cu CLGI atât la om, cât și la șoareci. Aceste studii au implicații mai largi nu numai în înțelegerea noastră a mecanismelor fiziologice și fiziopatologice ale funcțiilor de barieră intestinală și a bolilor inflamatorii cronice asociate CLGI, ci și în ceea ce privește caracteristicile farmacocinetice și farmacodinamice ale formulărilor medicamentoase orale de eflux de medicamente mediate de proteine.