Då JAK3 uttrycks i hematopoetiska och epitelceller, tros dess roll i cytokinsignalering vara mer begränsad än andra JAKs. Den uttrycks oftast i T-celler och NK-celler, men har även hittats i tarmepitelceller. JAK3 är involverad i signaltransduktion av receptorer som använder den gemensamma gammakedjan (γc) i cytokinreceptorfamiljen av typ I (t.ex. IL-2R, IL-4R, IL-7R, IL-9R, IL-15R och IL-21R). Mutationer som upphäver Janus kinas 3-funktionen orsakar en autosomal SCID (svår kombinerad immunbristsjukdom), medan aktiverande Janus kinas 3-mutationer leder till utveckling av leukemi.
Inom sina välkända roller i T-celler och NK-celler har man funnit att JAK3 medierar IL-8-stimulering i mänskliga neutrofiler. IL-8 fungerar främst för att inducera kemotaxis i neutrofiler och lymfocyter, och tystnad av JAK3 hämmar allvarligt IL-8-medierad kemotaxis.
Intestinala epitelcellerRedigera
Jak3 interagerar med det aktinbindande proteinet villin och underlättar därigenom cytoskeletala ombildningar och slemhinnornas sårreparation. Strukturella bestämningsfaktorer som reglerar interaktionerna mellan Jak3 och cytoskeletala proteiner av villin-/gelsolinfamiljen har också karakteriserats. Funktionell rekonstitution av kinasaktivitet av rekombinant Jak3 med Jak3-wt eller villin/gelsolin-wt som substrat visade att Jak3 autofosforylering var det hastighetsbegränsande steget under interaktioner mellan Jak3 och cytoskeletala proteiner. Kinetiska parametrar visade att fosforylerad (P) Jak3 binder till P-villin med en dissociationskonstant (Kd) på 23 nM och en Hillskoefficient på 3,7. Parvis bindning mellan Jak3-mutanter och villin visade att Jak3:s FERM-domän var tillräcklig för att binda till P-villin med en Kd på 40,0 nM. SH2-domänen hos Jak3 hindrade dock P-villin från att binda till FERM-domänen hos icke-fosforylerat protein. Den intramolekylära interaktionen mellan FERM- och SH2-domänerna hos icke-fosforylerad Jak3 hindrade Jak3 från att binda till villin och tyrosinautofosforylering av Jak3 vid SH2-domänen minskade dessa intramolekylära interaktioner och underlättade bindningen av FERM-domänen till villin. Dessa visar den molekylära mekanismen för interaktioner mellan Jak3 och cytoskeletala proteiner där tyrosinfosforylering av SH2-domänen fungerade som en intramolekylär omkopplare för interaktionerna mellan Jak3 och cytoskeletala proteiner.
Underhållen skada på slemhinnan hos patienter med inflammatorisk tarmsjukdom (IBD) underlättar translokation av tarmmikrober till submukosala immunceller vilket leder till kronisk inflammation. IL-2 spelar en roll i tarmepitelcellernas (IEC) homeostas genom koncentrationsberoende reglering av IEC-proliferation och celldöd. Aktivering av IL-2 ledde till tyrosinfosforyleringsberoende interaktioner mellan Jak3 och p52ShcA endast vid lägre koncentrationer. Högre koncentrationer av IL-2 minskade fosforyleringen av Jak3, störde dess interaktioner med p52ShcA, omfördelade Jak3 till kärnan och inducerade apoptos i IEC. IL-2 inducerade också en dosberoende nedreglering av Jak3-mRNA. Studier av konstitutivt överuttryck och mir-shRNA-medierad knockdown visade att uttrycket av Jak3 var nödvändigt för IL-2-inducerad proliferation av IEC. Dessutom var IL-2-inducerad nedreglering av jak3-mRNA ansvarig för högre IL-2-inducerad apoptos i IEC. IL-2-inducerad slemhinnehomeostas sker således genom posttranslationell och transkriptionell reglering av Jak3.
Jak3 är också inblandad i slemhinnedifferentiering och predisposition för inflammatorisk tarmsjukdom i en musmodell. Dessa studier visar att Jak3 uttrycks i kolonslemhinnan hos möss, och förlust av slemhinneuttryck av Jak3 resulterar i minskat uttryck av differentieringsmarkörer för celler av både enterocytära och sekretoriska linjer. Jak3 KO-möss uppvisade minskat uttryck av kolonens villin, karbonanhydras, sekretoriskt mucin muc2 och ökad basal koloninflammation som återspeglas av ökade nivåer av proinflammatoriska cytokiner IL-6 och IL-17A i tjocktarmen tillsammans med ökad myeloperoxidasaktivitet i tjocktarmen. Inflammationerna hos KO-möss var förknippade med förkortning av kolonlängden, minskad längd på cecum, minskad höjd på kryptorna och ökad svårighetsgrad mot dextransulfatnatriuminducerad kolit. I differentierade humana kolonepitelceller omfördelades Jak3 till basolaterala ytor och interagerade med adherens junction (AJ)-protein β-catenin. Jak3-uttryck i dessa celler var väsentligt för AJ-lokalisering av β-catenin och upprätthållande av epitelbarriärfunktioner. Sammantaget visar dessa resultat på Jak3:s viktiga roll i tjocktarmen där den underlättade slemhinnedifferentiering genom att främja uttrycket av differentieringsmarkörer och förbättrade kolonens barriärfunktioner genom AJ- lokalisering av β-catenin.
Trots att konstitutiv aktivering av Janus kinas 3 (Jak3) leder till olika cancerformer, är mekanismen för transmolekylär reglering av Jak3-aktivering endast nyligen rapporterad. Denna studie visade att Jak3 autofosforylering var det hastighetsbegränsande steget under Jak3 transfosforylering av Shc där Jak3 direkt fosforylerade (P) två tyrosinrester i SH-2-domänen och en tyrosinrest vardera i CH-1 och PID-domänerna av Shc. Direkta interaktioner mellan mutanter av Jak3 och Shc visade att medan FERM-domänen hos Jak3 var tillräcklig för att binda till Shc, var CH-1- och PID-domänerna hos Shc ansvariga för att binda till Jak3. Funktionellt sett autofosforylerades Jak3 under IL-2-stimulering i epitelceller. Shc rekryterade dock tyrosinfosfatas SHP-2 och PTP-1B till Jak3 och defosforylerade därmed Jak3. Således karakteriserade studien inte bara Jak3 interaktion med Shc, utan visade också mekanismen för intracellulär reglering av Jak3 aktivering där Jak3 interaktioner med Shc fungerade som en regulator av Jak3 defosforylering genom direkta interaktioner av Shc med både Jak3 och tyrosinfosfataser.
Chronisk låggradig inflammation (CLGI) spelar en nyckelroll i metabolisk försämring i den överviktiga befolkningen. Jak3-uttryck och aktivering ger skydd mot utveckling av CLGI och tillhörande hälsokomplikationer. Studier i gnagarmodell visar att förlust av Jak3 resulterar i ökad kroppsvikt, basal systemisk CLGI, försämrad glykemisk homeostas, hyperinsulinemi och tidiga symtom på leversteatos. Brist på Jak3 resulterar också i överdrivna symtom på metaboliskt syndrom genom västerländsk fettrik kost. Mekanistiskt visades att Jak3 är nödvändig för minskat uttryck och aktivering av toll like receptorer (TLR) i murin tarmslemhinna och humana tarmepitelceller där Jak3 interagerade med och aktiverade p85, den reglerande underenheten till PI3K, genom tyrosinfosforylering av adapterproteinet insulinreceptorsubstrat (IRS1). Dessa interaktioner resulterade i aktivering av PI3K-Akt-axeln, som var avgörande för minskat TLR-uttryck och TLR-associerad NF-κB-aktivering. Sammantaget spelar Jak3 en viktig roll för att främja tolerans i slemhinnan genom undertryckt uttryck och begränsad aktivering av TLRs och därigenom förhindra intestinal och systemisk CLGI och associerad fetma och MetS.
Kompromiss i adherens junctions (AJs) är associerad med flera kroniska inflammatoriska sjukdomar. Funktionell karakterisering visade att Jak3 autofosforylering var det hastighetsbegränsande steget under Jak3 transfosforylering av β-catenin, där Jak3 direkt fosforylerade tre tyrosinrester, nämligen Tyr30, Tyr64 och Tyr86 i den N-terminala domänen (NTD) av β-catenin. Tidigare fosforylering av β-catenin vid Tyr654 var dock nödvändig för ytterligare fosforylering av β-catenin av Jak3. Interaktionsstudier visade att fosforylerat Jak3 band till fosforylerat β-catenin med en dissociationskonstant på 0,28 μm, och även om både kinas- och FERM-domänerna (Band 4.1, ezrin, radixin och moesin) av Jak3 interagerade med β-catenin, underlättade NTD-domänen av β-catenin dess interaktioner med Jak3. Fysiologiskt sett undertryckte Jak3-medierad fosforylering av β-catenin EGF-medierad epitelial-mesenkymal övergång (EMT)och underlättade epitelbarriärfunktioner genom AJ-lokalisering av fosforylerat β-catenin genom dess interaktioner med α-catenin. Dessutom upphävde förlust av Jak3-medierade fosforyleringsställen i β-katenin dess AJ-lokalisering och äventyrade epitelbarriärfunktionerna. Tillsammans karakteriserade denna studie inte bara Jak3-interaktionen med β-catenin utan visade också mekanismen för det molekylära samspelet mellan AJ-dynamik och EMT genom Jak3-medierad NTD-fosforylering av β-catenin.
Bröstcancerresistansprotein (BCRP) är en medlem av ATP-bindande kassett (ABC)-transportörproteiner vars primära funktion är att effluxa substrat bundna till plasmamembranet. Försämrade tarmbarriärfunktioner spelar en viktig roll i kronisk låggradig inflammation (CLGI)-associerad fetma, men regleringen av BCRP under fetma och dess roll för att upprätthålla tarmbarriärfunktionen under CLGI-associerad fetma var okänd. Med hjälp av flera metoder, inklusive effluxanalyser, immunutfällning/-blotting/-histokemi, paracellulär permeabilitetsanalys, fluorescensaktiverad cellsortering, cytokinanalys och immunofluorescensmikroskopi, tyder nyligen genomförda studier på att överviktiga individer har äventyrade BCRP-funktioner i tarmen och att dietinducerade överviktiga möss rekapitulerar dessa resultat. Det visades också att de försämrade BCRP-funktionerna under fetma berodde på förlust av Janus kinas 3 (JAK3)-medierad tyrosinfosforylering av BCRP. Resultaten i studierna visade att JAK3-medierad fosforylering av BCRP främjar dess interaktioner med membranlokaliserat β-catenin som är väsentligt inte bara för BCRP-uttryck och ytlokalisering, utan också för upprätthållandet av BCRP-medierad intestinal läkemedelsutflöde och barriärfunktioner. Det observerades att minskat intestinal JAK3-uttryck under mänsklig fetma eller JAK3 knockout i mus eller siRNA-medierad β-catenin knockdown i humana tarmepitelceller alla resulterar i signifikant förlust av intestinal BCRP-uttryck och komprometterad colonic drug efflux och barriärfunktioner. Dessa resultat avslöjar en mekanism för BCRP-medierad intestinal läkemedelsutflöde och barriärfunktioner och fastställer en roll för BCRP för att förebygga CLGI-associerad fetma både hos människor och hos möss. Dessa studier har bredare implikationer inte bara för vår förståelse av fysiologiska och patofysiologiska mekanismer för tarmbarriärfunktioner och CLGI-associerade kroniska inflammatoriska sjukdomar utan även för proteinmedierad läkemedelseffekt, farmakokinetiska och farmakodynamiska egenskaper hos orala läkemedelsformuleringar.