$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Aktywność transkrypcyjna rodziny dimerycznych czynników transkrypcyjnych NF-κB jest niezbędna do różnych funkcji komórkowych, począwszy od stanu zapalnego i odporności, a skończywszy na przetrwaniu i śmierci. Czynności te są ściśle kontrolowane w komórkach, a utrata regulacji prowadzi do różnych stanów patologicznych, w tym zaburzeń autoimmunologicznych i raka1,2,3. W przypadku braku bodźca, aktywność NF-κB jest hamowana przez białka IκB (Inhibitor -κB)4. Fosforylacja specyficznych reszt Ser na białkach IκB oznacza je pod kątem ubikwitynacji, a następnie degradacji proteasomalnej lub selektywnego przetwarzania5. Dwie wysoce homologiczne kinazy Ser/Thr, IKK2/β i IKK1/α, działają jako centralne regulatory aktywności NF-κB, przeprowadzając te zdarzenia fosforylacji6,7.
Interakcje między ligandem a receptorem przekazują sygnał przez szereg mediatorów, prowadząc do aktywacji czynników NF-κB. Proces sygnalizacji NF-κB można ogólnie podzielić na dwie odrębne ścieżki – kanoniczną i niekanoniczną (alternatywną)8. Aktywność IKK2/β przede wszystkim reguluje sygnalizację NF-κB szlaku kanonicznego, który jest niezbędny dla zapalnych i wrodzonych odpowiedzi immunologicznych9. Charakterystyczną cechą tego szlaku jest szybka i krótkotrwała aktywacja IKK2/β10 w obrębie dotychczas niescharakteryzowanego biochemicznie kompleksu IKK — przypuszczalnie składającego się z IKK1 i IKK2, a także składnika regulatorowego, NEMO (NF-κB Essential Modulator)11,12,13. Pomiędzy dwiema katalitycznymi podjednostkami IKK kompleksu IKK, IKK2 jest przede wszystkim odpowiedzialny14 za fosforylację specyficznych reszt prototypowych IκB (α, -β i -γ) związanych z NF-κB, a także nietypowego białka IκB, NF-κB1/p105, które jest prekursorem podjednostki NF-κB p505. Ubikwitynacja i proteasomalna degradacja IκB (lub przetwarzanie p105) wywołane fosforylacją prowadzą do uwolnienia i aktywacji określonego zestawu dimerów NF-κB15. Nieprawidłowa aktywność NF-κB spowodowana nieprawidłową funkcją IKK2 została zaobserwowana w wielu nowotworach, a także w zaburzeniach autoimmunologicznych2,3,16.
W przeciwieństwie do IKK2/β, aktywność IKK1/α reguluje sygnalizację NF-κB szlaku niekanonicznego, co jest niezbędne dla rozwoju i odporności. IKK1 fosforyluje specyficzne reszty NF-κB2/p100 na swoim C-końcowym segmencie IκBδ, co prowadzi do jego przetwarzania i wytwarzania p52. Tworzenie aktywnego transkrypcyjnie heterodimeru p52:RelB inicjuje powolną i trwałą odpowiedź na sygnały rozwojowe7,17,18,19,20. Co ciekawe, wytwarzanie centralnego czynnika NF-κB p52 tego szlaku jest krytycznie zależne od innego czynnika, kinazy indukującej NF-κB (NIK)21,22, ale nie od IKK2 lub NEMO. W komórkach w stanie spoczynku poziom NIK pozostaje niski ze względu na ciągłą degradację zależną od proteasomu23,24,25. Po stymulacji komórek przez "niekanoniczne" ligandy i w niektórych komórkach złośliwych NIK stabilizuje się w celu rekrutacji i aktywacji IKK1/α. Aktywność kinazy zarówno NIK, jak i IKK1 jest niezbędna do efektywnego przetwarzania p100 na p527. IKK1 i NIK fosforylują trzy seryny (Ser866, 870 i 872) NF-κB2/p100 na jego C-końcowym segmencie IκBδ, prowadząc do jego przetworzenia i wytworzenia p52. Nieprawidłowa aktywacja szlaku niekanonicznego jest związana z wieloma nowotworami złośliwymi, w tym ze szpiczakiem mnogim, 26,27,28.
Znanych jest kilka wysoce skutecznych i specyficznych inhibitorów IKK2/β, chociaż jak dotąd żaden z nich nie okazał się skutecznym lekiem. Natomiast inhibitory specyficzne dla IKK1/α są nieliczne. Może to częściowo wynikać z braku informacji strukturalnych i biochemicznych na temat IKK1/α, co ogranicza nasze zrozumienie mechanistycznych podstaw aktywacji NF-κB przez IKK1 w komórkach i racjonalnego projektowania leków. Struktury rentgenowskie IKK2/β dostarczyły nam wglądu w mechanizm aktywacji IKK2/β29; jednak struktury te nie mogły ujawnić, w jaki sposób różne bodźce poprzedzające wyzwalają aktywację IKK1/α lub IKK2/β w celu regulowania odrębnych zestawów aktywności NF-κB 30,31. Aby zrozumieć mechanistyczne podstawy leżące u podstaw odrębnej funkcji sygnalizacyjnej IKK1/α i stworzyć platformę do racjonalnego projektowania leków, skupiliśmy się na określeniu struktury IKK1/α.