蛋白激酶化學生物學研究獲進展

6月14日，中國科學技術大學姚雪彪團隊與中國科學院生物化學與細胞生物學研究所張榮光合作團隊在Cell Research 發表題為BubR1 phosphorylates CENP-E as a switch enabling the transition from lateral association to end-on capture of spindle microtubules 的論文，發現直接證據支持BubR1 是蛋白激酶，並解析了BubR1 蛋白激酶的構-效關聯，發掘了首個BubR1 蛋白激酶抑製劑Bubristatin，為有關疾病的精準干預提供理論基礎與平台技術。

細胞是生命活動的最小單元，細胞器是真核細胞執行複雜生命活動調控的「工作室」。細胞器分為膜性細胞器與無膜細胞器。著絲粒是一個典型的無膜細胞器，其在細胞有絲分裂過程中扮演不可缺少的作用，其組裝與功能異常導致染色體丟失、易位等，從而使細胞生長失控，如癌症。美國Bert Vogelstein團隊在20世紀90年代發現了著絲粒BubR1基因突變對直腸癌基因組不穩定性的影響。此後, BubR1基因突變增加胃癌易感性的案例也相繼報道。針對BubR1是否是蛋白激酶這一關鍵科學問題及其構-效關聯的生物學意義，中國科大姚雪彪、滕脈坤、臧建業、劉行與生化與細胞所張榮光合作團隊精誠合作，從2012年開始聯手對有絲分裂重要蛋白激酶BubR1進行結構生物學研究。經過對多個物種BubR1蛋白在不同條件下的篩選與優化，成功地解析了果蠅BubR1蛋白的晶體結構（如圖）。從X-線衍射數據分析得到的卡通模型結構表示：BubR1具有蛋白激酶的經典特徵：一系列反平行β-摺疊和一個α-螺旋形成的N端lobe；一個主要由螺旋結構組成的C端lobe。從晶體結構中研究人員分析得出兩個lobe之間有個ATP的結合口袋。從激酶與構效研究結果提示，Lys1204、Asp1326和Ser1253這三個位點可與ATP形成氫鍵，對於穩定ATP與BubR1激酶區域結合口袋的結合非常重要，是BubR1催化底物磷酸化的結構基礎（如圖）。

由於同一種蛋白激酶在細胞活動的不同環節均有重要的功能，經典遺傳學方法無法解剖其在時空兩相較為緊密過程中的功能（如：染色體在赤道板上的排列與中心紡錘體的形成）。此外，由於一個蛋白激酶通常修飾多個底物，闡明其修飾底物的時空動力學特徵及其與底物作用的特異性均需要可逆性細胞膜通透性化學探針。為此，劉行、汪志勇、阮科、張健存、楊振業與葉盛開始對BubR1激酶進行化學生物學研究。他們發掘了一個新型BubR1 激酶化學分子抑製劑Bubristatin。

利用Bubristatin 作為化學探針，他們系統評估了BubR1 激酶在有絲分裂的底物，發現馬達蛋白CENP-E是BubR1的新底物。CENP-E 是一個在有絲分裂前中期定位在動點並參與染色體雙向銜接及染色體運動的馬達驅動蛋白，其功能缺失導致哺乳動物細胞中染色體排列缺陷、紡錘體檢驗點失活受阻等表型。鑒於BubR1 激酶與CENP-E在部分實體瘤的高活性表徵，姚雪彪課題組開始把這些小分子與來自消化道腫瘤病人的類器官結合，實施個體化治療的精準設計。

論文共同第一作者為黃月佳、林霖、劉行、葉盛。該研究工作得到國家科技部、自然科學基金委化學生物學重大研究計劃以及合肥微尺度物質科學國家研究中心的資助。

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