In der Zellbiologie bezieht sich die extrazelluläre signalregulierte Kinase (ERK)-Phosphorylierung auf einen Signalweg, der aus Proteinen und Enzymen besteht, die an zellulären Prozessen beteiligt sind, nämlich Zellüberleben und Apoptose. Die ERK-Phosphorylierung ist einer von vier Signalwegen der Mitogen-aktivierten Proteinkinase (MAPK). Die ERK-Phosphorylierungskaskade wird aktiviert, wenn ein Tyrosin (Tys)- und/oder Threonin (Thr)-Kinase-Rezeptormolekül eine Proteinkinase auf der Oberfläche einer Zelle aktiviert. Wenn der ERK-Phosphorylierungszyklus nicht richtig funktioniert, kann eine unangemessene ERK-Aktivierung auftreten und sich abnormale und krebsartige Zellen entwickeln.
Die grundlegendste Rolle der ERK-Phosphorylierung ist das Überleben der Zellen; es gibt jedoch Hinweise auf eine todfördernde Rolle unter bestimmten Bedingungen in der Zelle. Es gibt Hinweise darauf, dass ERK das Überleben von Zellen und den Zelltod oder die Apoptose an verschiedenen Stellen entlang des Signalweges reguliert. Der genaue Mechanismus der ERK-induzierten Apoptose kann auf verschiedenen Ebenen auftreten, sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts der Phosphorylierungskaskade. Wissenschaftler haben einen Zusammenhang zwischen der Rolle von ERK beim Zelltod und verletzungs- oder schlaganfallbezogenen Auswirkungen vorgeschlagen.
Die Definition der ERK-Phosphorylierung erfordert eine Erklärung der Phosphorylierungskaskade, an der eine Handvoll hochspezifischer Enzyme und Proteine beteiligt sind. Es gibt zwei ERK-Wege – Kinase-1 (ERK1) und Kinase-2 (ERK2), auch bekannt als MAPK3 bzw. MAPK1. Die ERK-Aktivierung erfordert eine duale Phosphorylierung durch Tys und Thr, beginnend mit der Tys-Phosphorylierung. Bei der Phosphorylierung wird ein Phosphatmolekül von einer aktiven Proteinkinase auf eine inaktive Proteinkinase übertragen; ein energietragendes Adenosintriphosphat (ATP)-Molekül spendet das Phosphatmolekül. Die Aktivierung einer Proteinkinase führt zur Phosphorylierung jeder nachfolgenden Proteinkinase entlang des Stoffwechselweges, bis ein Protein aktiviert und eine zelluläre Reaktion ausgelöst wird.
Zellen unterschiedlicher Herkunft benötigen unterschiedliche Proteine und/oder Enzyme, um die Phosphorylierungskaskade anzutreiben. Für jedes aktivierende Protein muss es ein deaktivierendes Protein geben. Die aktivierenden und deaktivierenden Moleküle regulieren im Wesentlichen die Signalkaskade durch die Bindung an Rezeptorstellen, bis die entsprechende zelluläre Antwort abgeschlossen ist. Mehrere Proteine, die am ERK-Phosphorylierungszyklus beteiligt sind, wurden in Krebsbehandlungstherapien gezielt, da gezeigt wurde, dass eine atypische ERK-Aktivierung Krebs verursacht.
In der pharmazeutischen Industrie wurden therapeutische Medikamente entwickelt, die auf spezifische Proteinrezeptoren abzielen, nämlich G-gekoppelte Proteinrezeptoren (GCPRs). G-Proteine (Ras, Rac, Rho, Cdc42 etc.) sind auf zellulärer Ebene an vielen physiologischen Prozessen beteiligt. Forscher haben einen ERK-Assay als Werkzeug zur Messung der GCPR-Aktivierung entwickelt. Ein ERK-Assay wie dieser ermöglicht den ERK-Nachweis und liefert klare und konsistente Ergebnisse für Arzneimittelentwickler.