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Cell另辟蹊径,颠覆数十年的研究教

发布时间:2021-4-16 18:56:31   点击数:

iNature

大约10%的人蛋白激酶被认为是无活性的并且被称为假激酶,因为它们缺乏催化所需的残基。但是,对于假激酶是否有其他酶的活性,还是疑惑不解。年9月27日,Tagliabracci研究组在Cell在线发表题为“ProteinAMPylationbyanEvolutionarilyConservedPseudokinase”的研究论文,该论文显示高度保守的假激酶硒蛋白-O(SelO)将AMP从ATP转移到蛋白质底物上的Ser,Thr和Tyr残基(AMPylation),揭示了蛋白激酶超家族成员之前未被认识到的活性。SelO同源物的晶体结构揭示了蛋白激酶样折叠,ATP在活性位点翻转,从而为催化提供了结构基础。结果表明,AMPylation可能是一种比先前所理解的更广泛的翻译后修饰,并且应该分析假激酶的替代转移酶活性。这项工作的结果将对氧化还原生物学产生重要影响,并且很有可能定义新的细胞调节和信号转导范例。

蛋白激酶是一类重要的酶,可将磷酸从ATP转移到蛋白质底物,这一过程称为磷酸化。事实上,每种细胞活动都受蛋白激酶的调节,异常磷酸化与许多疾病有关。已经鉴定了超过种人蛋白激酶并组装成称为人类激酶组的进化树。然而,研究主要偏向于在疾病中具有明确作用的激酶;据估计,超过50%的人类激酶的分子功能仍未被描述。此外,已经鉴定了几种新的激酶家族,它们是如此不同,它们不包括在人类激酶组树中。这些包括分泌途径激酶的Fam20和Fam69家族和含有硒代半胱氨酸(Sec)的硒蛋白-O(SelO)。

预计大约10%的人蛋白激酶是无活性的并称为假激酶,因为它们缺少位于高度保守的序列基序中的残基,这些基序被认为是ATP结合和催化所需的。假激酶具有多种非催化作用,例如变构调节剂或支架功能。例如,Fam20A假激酶结合并增加分泌途径激酶Fam20C的稳定性和活性,因此充当变构调节剂。类似地,HER3假激酶虽然据报道具有低催化活性,但主要用作EGFR受体激酶家族成员的变构激活剂。这些研究强调了假激酶在人类生物学中的重要性,它们的多种信号传导功能使它们成为有吸引力的药物靶标。

之前预测SelO采用蛋白激酶折叠。然而,其序列表明SelO将是无活性的假激酶,因为它缺乏催化的Asp(PKA;D)。在高等真核生物中,大多数SelO同系物在羧基末端附近含有单个Sec。在低等真核生物和含有SelO同源物的所有原核生物中,不变的Cys占据相同的位置。为简单起见,研究人员将使用SelO名称作为整个家族,无论蛋白质是否含有Sec。

SelO是高度保守的,在大多数真核生物分类群中具有广泛的同源物,并且在许多主要的细菌类群中也很常见。尽管这种基于序列的指标表明了跨越王国的普遍作用,但SelO的分子功能尚不清楚。

在这里,研究人员报告了SelO同源物的晶体结构,其揭示了蛋白激酶样折叠。值得注意的是,活性位点中的ATP相对于经典激酶活性位点中ATP的取向而翻转。结构研究使发现SelO假激酶实际上是活性酶,但是将AMP而不是磷酸基团转移到蛋白质底物上的Ser,Thr和Tyr残基上(AMP化,即腺苷酰化)。此外,研究人员还发现SelO在参与氧化还原稳态的AMPylating蛋白对细胞对氧化应激的反应中起着进化保守的作用。研究人员预计这项工作的结果将对氧化还原生物学产生重要影响,并且很有可能定义新的细胞调节和信号转导范例。

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