生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院徐沁、龔清秋課題組合作建立擬南芥Hippo/SIK1蛋白激酶的激活路徑
近日，上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院徐沁、龔清秋課題組合作在Computational and Structural Biotechnology Journal在線發(fā)表題為An Allosteric Regulation Mechanism of Arabidopsis Serine/Threonine Kinase 1 (SIK1) Through Phosphorylation?的研究論文 。生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院2018級本科生穆俊羲、2020級碩士生周家莉?yàn)楸疚牟⒘械谝蛔髡撸茖W(xué)技術(shù)學(xué)院長聘教軌副教授龔清秋和副研究員徐沁為共同通訊作者。
此項(xiàng)工作延續(xù)龔清秋課題組對植物Hippo/STE20同功能蛋白SIK1的功能研究，從微觀角度揭示了SIK1激酶域在磷酸化激活過程中的動態(tài)構(gòu)象變化和殘基作用路徑。首先通過對比多種絲/蘇氨酸激酶的一維序列和三維結(jié)構(gòu)，使用同源建模構(gòu)建了SIK1激酶域在磷酸化激活和去磷酸化失活狀態(tài)下的穩(wěn)定構(gòu)象；然后通過分子動力學(xué)模擬了失活態(tài)磷酸化及激活態(tài)去磷酸化后的構(gòu)象變化過程，基于殘基運(yùn)動相關(guān)性揭示了磷酸化位點(diǎn)通過變構(gòu)效應(yīng)調(diào)控活性口袋開合的殘基作用路徑；最后以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了激活路徑中若干關(guān)鍵殘基對激酶活性的重要性。
圖1.?磷酸化產(chǎn)生的變構(gòu)效應(yīng)調(diào)節(jié)活性口袋開閉
盡管SIK1的N-端、C-端序列都是植物特異的并且高度無序，但其激酶域與人類MST1/2等STE20家族蛋白激酶結(jié)構(gòu)同源性很高，激活機(jī)制具有高度的相似性。而這些激酶的激活路徑中關(guān)鍵氨基酸的序列保守性與其所在位點(diǎn)的柔性相關(guān)：即核心低柔性區(qū)類似催化位點(diǎn)殘基高度保守，而路徑兩端的磷酸化位點(diǎn)和活性調(diào)控位點(diǎn)位于高柔性loop區(qū)反而允許相對不同的殘基執(zhí)行類似的功能。因此，本研究結(jié)果不僅對植物Hippo通路與器官大小的研究有指導(dǎo)意義，也可為針對動物Hippo/MSTs設(shè)計(jì)小分子藥物用于癌癥治療、器官再生提供結(jié)構(gòu)參考；還為高柔性無規(guī)區(qū)域在蛋白質(zhì)調(diào)控中的作用增加了一個(gè)典型案例，為酶工程和蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)提供了一些新的思考。
圖2.?計(jì)算與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合揭示的關(guān)鍵殘基作用機(jī)制
自2015年在國際上首次報(bào)道了植物Hippo通路的核心激酶SIK1，建立了SIK1-MOB1模塊，并將Hippo/STE20促進(jìn)細(xì)胞分裂退出與極性建立的功能推廣到真核生物域后，龔清秋課題組繼續(xù)進(jìn)行植物Hippo通路的上下游組分鑒定，并開展通路的進(jìn)化生物學(xué)研究。本研究得到國家自然科學(xué)基金、上海交通大學(xué)醫(yī)工交叉項(xiàng)目、生命科學(xué)學(xué)科群交叉研究項(xiàng)目的支持。穆俊羲同學(xué)在徐沁副研究員的指導(dǎo)下，獲得本科生研究計(jì)劃（PRP）和大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.csbj.2021.12.033
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