光控PKA激酶的亞細胞定位

本周給大家推薦一篇發表在Cell Chemical Biology的文章，通訊作者是北卡羅來納大學教堂山分校藥學院的David Laurence 教授。他課題組的主要研究方向是在體研究癌症和免疫疾病過程中發生在細胞內的信號轉導和生化反應過程。在本篇工作中，他們報道了一種利用光遺傳學來調控cAMP依賴的蛋白激酶（PKA）在細胞內定位和執行功能的新方法。

PKA是細胞中一種廣泛存在的激酶，能夠響應細胞內第二信使cAMP分子濃度的變化，從而磷酸化下游的底物，激活特定信號轉導通路。該激酶具有不同的亞細胞定位，在不同位置被激活後可以調控不同的生命活動進程。然而如何實現該激酶在不同亞細胞定位的選擇性激活是一個尚未解決的問題。

在本文中，作者們嘗試用光遺傳學的方法來挑戰這一目標。他們首先通過基於結構的定點突變獲取了對cAMP不再響應的PKA突變體，然後再在此基礎上對催化結構域進行進一步突變，使得PKA的活性大大降低，這樣目的是解決光照前激酶本底活性高的問題。

其次，他們將PKA突變體與mCherry蛋白融合表達，再將cib2蛋白與不同亞細胞定位的結構域融合表達，這樣在光照的條件下，Cib2蛋白構象發生改變，可以與 mCherry發生 相互作用，使得PKA突變體能夠被選擇性地富集在特定的亞細胞器位置，從而達到活性累積的目的，激活下游底物。

作者們先後驗證了突變體的本底活性，以及在光照後在細胞內選擇性的定位。然後，為了證實定位後PKA功能的激活，他們設計構造了一個報告體系，在特定亞細胞器位置引入一個已知的PKA底物序列。

通過這一體系，他們驗證了PKA可以在線粒體外膜，胞漿或細胞膜上的光控定位、富集和磷酸化底物的活性，並通過蛋白組學的方法檢測了在不同位置激活PKA後下游底物磷酸化的特徵譜。該方法有望被應用於其它蛋白激活家族成員，幫助我們更深入地剖析在亞細胞水平激酶活性對生命過程的調控和影響。

文章鏈接：http://www.cell.com/cell-chemical-biology/fulltext/S2451-9456(17)30355-0

文章引用：O"Banion, C. P.; Priestman, M. A.; Hughes, R. M.; Herring, L. E.; Capuzzi, S. J.; Lawrence, D. S., Design and Profiling of a Subcellular Targeted Optogenetic cAMP-Dependent Protein Kinase. Cell ChemBiol 2017.

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