中國科學院生物物理研究所陳暢研究組繼發(fā)現II型α亞型磷脂酰肌醇-4-激酶在腫瘤生長中的作用（Oncogenes，2010）之后，與生物物理所孫飛研究組及伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校Klaus Schulten研究組合作，共同于3月28日在Nature Communications報道了關于人源II型α亞型磷脂酰肌醇-4-激酶（hPI4KIIα）的結構功能研究成果Molecular insights into the membrane-associated phosphatidylinositol 4-kinase IIα，該研究成果從分子水平闡明了PI4KIIα激酶活性調節(jié)的分子機制。
PI4KIIα是磷脂酰肌醇信號通路和磷脂酰肌醇代謝中的關鍵分子，在PI（4，5）P2生物合成、溶酶體和高爾基體相關膜轉運、細胞內信號通路傳導、病原體吞噬和神經突觸囊泡循環(huán)等方面起著重要作用。PI4KIIα的功能異常與腫瘤生長、痙攣性截癱、高雪氏癥和阿爾茨海默癥等人類疾病密切相關，使得PI4KIIα成為了重要的潛在藥物靶點。生理條件下，絕大部分PI4KIIα會被棕櫚?；揎棽⒍ㄎ辉诩毎麅饶ど希ㄖ饕獮楦郀柣w膜和溶酶體膜），其激酶活性與棕櫚?；揎椕芮邢嚓P。此外，膽固醇、β淀粉樣肽等生物分子通過改變生物膜的動態(tài)流動性也可以調節(jié)其活性。然而，其分子調節(jié)機制由于沒有PI4KIIα的精細結構一直沒有得到闡明。
該研究團隊解析獲得了hPI4KIIα催化核心的ADP結合狀態(tài)的高分辨率晶體結構，揭示了PI4KIIα不同于PI3K家族蛋白的ATP結合口袋，為針對該潛在靶點的藥物設計提供了結構基礎；與其它磷脂激酶催化核心相比，研究團隊發(fā)現PI4KIIα具有三個獨特的插入片段——棕櫚酰化插入片段（Palmitoylation insertion）、富含RK插入片段（RK-rich insertion）和插入片段3，PI4KIIα通過棕櫚酰化插入片段和富含RK插入片段與細胞膜的疏水和靜電相互作用緊密結合在細胞膜表面；同時，基于分子動力學模擬和生化分析手段，推測并驗證了底物磷脂酰肌醇（PI）的結合口袋；更為重要的是，研究團隊通過分子動力學模擬和進一步的生化實驗研究證明：膜環(huán)境的改變、棕櫚?；揎椏梢酝ㄟ^棕櫚酰化插入片段的構象漲落來改變底物結合位點的穩(wěn)定性，從而調節(jié)PI4KIIα的激酶活性。
該工作展示了首個PI4K家族成員精細結構，揭示了一種新的磷脂激酶活性調節(jié)機理，為下一步發(fā)現該激酶的特異性抑制劑及靶向藥物奠定了基礎，具有重要的生物學意義和應用開發(fā)價值。孫飛研究組的碩博研究生周強軍博士（現為Stanford University博士后）和陳暢研究組的李江美博士為該文章的共同第一作者。與此同時，陳暢研究組建立了以PI4KIIα與EGFR雙靶點聯(lián)合抗腫瘤新策略（Protein and Cell, 2014）。上述研究得到了科技部“973”計劃、“863”計劃和國家自然科學基金的資助。
圖a，hPI4KIIα催化核心ADP結合狀態(tài)整體結構；圖b，ATP結合口袋ADP與hPI4KIIα的相互作用；圖c，ATP結合口袋重要氨基酸殘基突變體激酶活性；圖d，基于分子動力學模擬推測的PI結合口袋；圖e，棕櫚?；迦肫瓮蛔凅w激酶活性測定；圖f和g，hPI4KIIα沒有被棕櫚?；揎棧╢）和被修飾（g）情況下的氨基酸殘基構象變化。
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