scholarly journals Identification of autophosphorylation sites in eukaryotic elongation factor-2 kinase

2012 ◽  
Vol 442 (3) ◽  
pp. 681-692 ◽  
Author(s):  
Sébastien Pyr Dit Ruys ◽  
Xuemin Wang ◽  
Ewan M. Smith ◽  
Gaëtan Herinckx ◽  
Nusrat Hussain ◽  
...  

eEF2K [eEF2 (eukaryotic elongation factor 2) kinase] phosphorylates and inactivates the translation elongation factor eEF2. eEF2K is not a member of the main eukaryotic protein kinase superfamily, but instead belongs to a small group of so-called α-kinases. The activity of eEF2K is normally dependent upon Ca2+ and calmodulin. eEF2K has previously been shown to undergo autophosphorylation, the stoichiometry of which suggested the existence of multiple sites. In the present study we have identified several autophosphorylation sites, including Thr348, Thr353, Ser366 and Ser445, all of which are highly conserved among vertebrate eEF2Ks. We also identified a number of other sites, including Ser78, a known site of phosphorylation, and others, some of which are less well conserved. None of the sites lies in the catalytic domain, but three affect eEF2K activity. Mutation of Ser78, Thr348 and Ser366 to a non-phosphorylatable alanine residue decreased eEF2K activity. Phosphorylation of Thr348 was detected by immunoblotting after transfecting wild-type eEF2K into HEK (human embryonic kidney)-293 cells, but not after transfection with a kinase-inactive construct, confirming that this is indeed a site of autophosphorylation. Thr348 appears to be constitutively autophosphorylated in vitro. Interestingly, other recent data suggest that the corresponding residue in other α-kinases is also autophosphorylated and contributes to the activation of these enzymes [Crawley, Gharaei, Ye, Yang, Raveh, London, Schueler-Furman, Jia and Cote (2011) J. Biol. Chem. 286, 2607–2616]. Ser366 phosphorylation was also detected in intact cells, but was still observed in the kinase-inactive construct, demonstrating that this site is phosphorylated not only autocatalytically but also in trans by other kinases.

2012 ◽  
Vol 442 (1) ◽  
pp. 105-118 ◽  
Author(s):  
Craig R. Pigott ◽  
Halina Mikolajek ◽  
Claire E. Moore ◽  
Stephen J. Finn ◽  
Curtis W. Phippen ◽  
...  

eEF2K (eukaryotic elongation factor 2 kinase) is a Ca2+/CaM (calmodulin)-dependent protein kinase which regulates the translation elongation machinery. eEF2K belongs to the small group of so-called ‘α-kinases’ which are distinct from the main eukaryotic protein kinase superfamily. In addition to the α-kinase catalytic domain, other domains have been identified in eEF2K: a CaM-binding region, N-terminal to the kinase domain; a C-terminal region containing several predicted α-helices (resembling SEL1 domains); and a probably rather unstructured ‘linker’ region connecting them. In the present paper, we demonstrate: (i) that several highly conserved residues, implicated in binding ATP or metal ions, are critical for eEF2K activity; (ii) that Ca2+/CaM enhance the ability of eEF2K to bind to ATP, providing the first insight into the allosteric control of eEF2K; (iii) that the CaM-binding/α-kinase domain of eEF2K itself possesses autokinase activity, but is unable to phosphorylate substrates in trans; (iv) that phosphorylation of these substrates requires the SEL1-like domains of eEF2K; and (v) that highly conserved residues in the C-terminal tip of eEF2K are essential for the phosphorylation of eEF2, but not a peptide substrate. On the basis of these findings, we propose a model for the functional organization and control of eEF2K.


2021 ◽  
Vol 8 ◽  
Author(s):  
Darby J. Ballard ◽  
Hao-Yun Peng ◽  
Jugal Kishore Das ◽  
Anil Kumar ◽  
Liqing Wang ◽  
...  

Eukaryotic Elongation Factor-2 Kinase (eEF2K) acts as a negative regulator of protein synthesis, translation, and cell growth. As a structurally unique member of the alpha-kinase family, eEF2K is essential to cell survival under stressful conditions, as it contributes to both cell viability and proliferation. Known as the modulator of the global rate of protein translation, eEF2K inhibits eEF2 (eukaryotic Elongation Factor 2) and decreases translation elongation when active. eEF2K is regulated by various mechanisms, including phosphorylation through residues and autophosphorylation. Specifically, this protein kinase is downregulated through the phosphorylation of multiple sites via mTOR signaling and upregulated via the AMPK pathway. eEF2K plays important roles in numerous biological systems, including neurology, cardiology, myology, and immunology. This review provides further insights into the current roles of eEF2K and its potential to be explored as a therapeutic target for drug development.


2014 ◽  
Author(s):  
Αλέξανδρος Αλεξανδράτος

Τα είδη του γένους Leishmania αποτελούν υποχρεωτικά ενδοκυττάρια πρωτοζωικά παράσιτα που προκαλούν ένα ευρύ φάσμα ασθενειών, τις λεισμανιάσεις. Η λεϊσμανίαση θεωρείται νόσος εξέχουσας σπουδαιότητας, με 2 εκατομμύρια νέα κρούσματα το χρόνο, χρήζουσας μεγάλης κοινωνικής και οικονομικής σημασίας. Για τον έλεγχο των συνεχώς αυξανόμενων κρουσμάτων, είναι επιτακτική ανάγκη η ανάπτυξη νέων μη-τοξικών φαρμάκων που θα στοχεύουν σε μόρια-στόχους σημαντικά για την ολοκλήρωση του παρασιτικού κύκλου ζωής. Κατ’ αυτόν τον τρόπο κρίνεται απαραίτητη η μελέτη μηχανισμών και παραγόντων μολυσματικότητας του παρασίτου, που ελέγχουν τον κυτταρικό κύκλο και τη διαφοροποίηση του παρασίτου. Στα πλαίσια αυτά, έχει δειχθεί ότι η επισωμική υπερέκφραση της συνδετικής ιστόνης Η1 του παρασίτου Leishmania (LeishH1) οδηγεί στην καθυστέρηση της ολοκλήρωσης του κυτταρικού κύκλου, αλλά παράλληλα και στη μείωση του ρυθμού διαφοροποίησης των παρασίτων από προμαστιγωτές σε αμαστιγωτές μορφές, έχοντας σαν αποτέλεσμα τη μείωση της μολυσματικότητας του παρασίτου τόσο in vitro όσο και in vivo. Στόχος αυτής της διατριβής ήταν η ανάδειξη μορίων που επηρεάζουν τη μολυσματικότητα του παρασίτου, μελετώντας το προτέωμα των μη μολυσματικών παρασίτων που υπερεκφράζουν την LeishH1. Η συγκριτική μελέτη των παρασίτων που υπερεκφράζουν τη LeishH1 σε σχέση με τα παράσιτα ελέγχου, είχε επίσης ως σκοπό την περαιτέρω μελέτη του βιολογικού ρόλου της LeishH1 στα παράσιτα και τη διερεύνηση του ρόλου της στη γονιδιακή ρύθμιση του παρασίτου. Η συγκριτική πρωτεομική ανάλυση με ηλεκτροφόρηση δυο-διαστάσεων, των παρασίτων που υπερεκφράζουν την LeishH1 σε σχέση με τα παράσιτα ελέγχου, κατέδειξε πως μόνο μια μικρή ομάδα πρωτεϊνών παρουσιάζει διαφορική έκφραση. Συγκεκριμένα, τρεις πρωτεΐνες [heat shock protein 83 (HSP83), eukaryotic elongation factor 2(eEF-2), alpha subunit of the mitochondrial processing peptidase (α-MPP)] παρουσιάζουν χαμηλότερα επίπεδα έκφρασης ενώ άλλες δυο (α/β τουμπουλίνη, ΜΑΡ) παρουσιάζουν μεγαλύτερη κατανομή έκφρασης. Πειράματα αλυσιδωτής αντίδρασης πολυμεράσης αντίστροφης μεταγραφάσης πραγματικού χρόνου, επιβεβαίωσαν το αποτέλεσμα αυτό, υποδηλώνοντας ότι η LeishH1 δεν είναι γενικός καταστολέας της μεταγραφής αλλά επηρεάζει ένα ειδικό υποσύνολο πρωτεϊνών, σε προ- ή μετα-μεταγραφικό επίπεδο. Ανάμεσα στις πρωτεΐνες με διαφορική έκφραση ήταν και η τουμπουλίνη. Η διαφορική έκφραση της πρωτεΐνης αντικατοπτρίζεται άμεσα στη μορφολογία των παρασίτων που υπερεκφράζουν την LeishH1, καθώς τα παράσιτα αυτά παρουσιάζουν μικρότερο και πιο στρογγυλό σχήμα και μεγαλύτερη μορφολογική ετερογένεια. Μια ακόμα πρωτεΐνη με διαφορική έκφραση, ήταν και η HSP83, η οποία παρουσίασε χαμηλότερα επίπεδα. Θέλοντας να εξακριβώσουμε σε ποιο επίπεδο παρεμβαίνει η LeishH1 στο μηχανισμό έκφρασης της HSP83, συγκρίναμε τα επίπεδα του mRNA και η ανάλυση κατέδειξε ότι δεν υπάρχουν διαφορές στα επίπεδα αυτά. Επίσης, μελετήθηκε ο ρυθμός έκφρασης της πρωτεΐνης μέσω της μεταβολικής σήμανσης των πρωτεϊνών και αποκαλύφθηκε πως σε αυτό το στάδιο εντοπίζεται η παρεμβολή της LeishH1, καθώς τα παράσιτα που την υπερεκφράζουν παρουσιάζουν χαμηλότερο ρυθμό έκφρασης της HSP83. Συμπερασματικά διαφαίνεται πως υπάρχει μια συσχέτιση μεταξύ μονοπατιών που εμπλέκονται στην αντίσταση έναντι φαρμακευτικών ουσιών, στην απόπτωση και τη μολυσματικότητα. Κατ’ αυτόν τον τρόπο, τα ειδικά σήματα και οι μηχανισμοί που ρυθμίζουν τη διαφοροποίηση/μολυσματικότητα του παρασίτου και την απόπτωση/απόκριση στο στρες, χρήζουν περαιτέρω διερεύνησης καθώς φαίνεται να αποτελούν τις δυο όψεις του ίδιου νομίσματος.


2006 ◽  
Vol 34 (1) ◽  
pp. 1-6 ◽  
Author(s):  
R. Jørgensen ◽  
A.R. Merrill ◽  
G.R. Andersen

eEF2 (eukaryotic elongation factor 2) occupies an essential role in protein synthesis where it catalyses the translocation of the two tRNAs and the mRNA after peptidyl transfer on the 80 S ribosome. Recent crystal structures of eEF2 and the cryo-electron microscopy reconstruction of its 80 S complex now provide a substantial structural framework for dissecting the functional properties of this factor. The factor can be modified by either phosphorylation or ADP-ribosylation, which results in cessation of translation. We review the structural and functional properties of eEF2 with particular emphasis on the unique diphthamide residue, which is ADP-ribosylated by diphtheria toxin from Corynebacterium diphtheriae and exotoxin A from Pseudomonas aeruginosa.


2004 ◽  
Vol 379 (3) ◽  
pp. 563-572 ◽  
Author(s):  
Susan P. YATES ◽  
Allan R. MERRILL

Pseudomonas aeruginosa produces the virulence factor, ETA (exotoxin A), which catalyses an ADP-ribosyltransferase reaction of its target protein, eEF2 (eukaryotic elongation factor-2). Currently, this protein–protein interaction is poorly characterized and this study was aimed at identifying the contact sites between eEF2 and the catalytic domain of ETA (PE24H, an ETA from P. aeruginosa, a 24 kDa C-terminal fragment containing a His6 tag). Single-cysteine residues were introduced into the toxin at 21 defined surface-exposed sites and labelled with the fluorophore, IAEDANS [5-(2-iodoacetylaminoethylamino)-1-napthalenesulphonic acid]. Fluorescence quenching studies using acrylamide, and fluorescence lifetime and wavelength emission maxima analyses were conducted in the presence and absence of eEF2. Large changes in the microenvironment of the AEDANS [5-(2-aminoethylamino)-1-naphthalenesulphonic acid] probe after eEF2 binding were not observed as dictated by both fluorescence lifetime and wavelength emission maxima values. This supported the proposed minimal contact model, which suggests that only small, discrete contacts occur between these proteins. As dictated by the bimolecular quenching constant (kq) for acrylamide, binding of eEF2 with toxin caused the greatest change in acrylamide accessibility (>50%) when the fluorescence label was near the active site or was located within a known catalytic loop. All mutant proteins showed a decrease in accessibility to acrylamide once eEF2 bound, although the relative change varied for each labelled protein. From these data, a low-resolution model of the toxin–eEF2 complex was constructed based on the minimal contact model with the intention of enhancing our knowledge on the mode of inactivation of the ribosome translocase by the Pseudomonas toxin.


2021 ◽  
Vol 22 (5) ◽  
pp. 2408
Author(s):  
Bin Zhang ◽  
Jiamei Zou ◽  
Qiting Zhang ◽  
Ze Wang ◽  
Ning Wang ◽  
...  

Eukaryotic elongation factor 2 kinase (eEF2K or Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase, CAMKIII) is a new member of an atypical α-kinase family different from conventional protein kinases that is now considered as a potential target for the treatment of cancer. This protein regulates the phosphorylation of eukaryotic elongation factor 2 (eEF2) to restrain activity and inhibit the elongation stage of protein synthesis. Mounting evidence shows that eEF2K regulates the cell cycle, autophagy, apoptosis, angiogenesis, invasion, and metastasis in several types of cancers. The expression of eEF2K promotes survival of cancer cells, and the level of this protein is increased in many cancer cells to adapt them to the microenvironment conditions including hypoxia, nutrient depletion, and acidosis. The physiological function of eEF2K and its role in the development and progression of cancer are here reviewed in detail. In addition, a summary of progress for in vitro eEF2K inhibitors from anti-cancer drug discovery research in recent years, along with their structure–activity relationships (SARs) and synthetic routes or natural sources, is also described. Special attention is given to those inhibitors that have been already validated in vivo, with the overall aim to provide reference context for the further development of new first-in-class anti-cancer drugs that target eEF2K.


2015 ◽  
Vol 465 (2) ◽  
pp. 227-238 ◽  
Author(s):  
John R. P. Knight ◽  
Amandine Bastide ◽  
Anne Roobol ◽  
Jo Roobol ◽  
Thomas J. Jackson ◽  
...  

Modulation of translation elongation rates, and not initiation, is responsible for the reduction of protein synthesis in response to cold-stress induced in mild hypothermic conditions. This is mediated by release of Ca2+ ions from the endoplasmic reticulum (ER) and activation of eEF2K (eukaryotic elongation factor 2 kinase).


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document