解剖蛋白激酶脊柱以及如何打破它

磷酸基團(tuán)向絲氨酸，蘇氨酸和酪氨酸殘基的翻譯后添加是調(diào)節(jié)真核生物中蛋白質(zhì)活性的基本策略。真核蛋白激酶 - 催化這些修飾的酶 - 對(duì)細(xì)胞功能至關(guān)重要，并且異常激酶活性與許多疾病相關(guān)，包括癌癥，炎癥，感染，糖尿病，高血壓和神經(jīng)變性。

因此，真核蛋白激酶是治療干預(yù)的重要靶標(biāo)，現(xiàn)在占所有藥物發(fā)現(xiàn)和開發(fā)努力的四分之一，并且僅次于G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)作為藥物靶標(biāo)。自2001年以來，已有超過三十種激酶抑制劑獲得FDA批準(zhǔn)，當(dāng)時(shí)，bcr-abl激酶抑制劑伊馬替尼(Gleevec)被批準(zhǔn)用于治療慢性粒細(xì)胞白血病(CML)。合理的藥物設(shè)計(jì)在激酶抑制劑的開發(fā)中發(fā)揮了重要作用，分子被設(shè)計(jì)用于靶向特定的激酶構(gòu)象。因此，了解調(diào)節(jié)蛋白激酶活性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是這些努力的關(guān)鍵。

對(duì)于PLOS Biology XV Collection，我選擇突出Susan Taylor實(shí)驗(yàn)室的一篇文章(Meharena等，2013)，該文章定義了一組分子間相互作用，區(qū)分了真核蛋白激酶的無活性和活性構(gòu)象狀態(tài)。這種分類是復(fù)雜的，因?yàn)榕c許多酶不同，真核激酶不具有單個(gè)離散的活性和非活性構(gòu)象，而是動(dòng)態(tài)的，具有填充兩種功能狀態(tài)的多種構(gòu)象。

真核蛋白激酶的催化核心由保守的N-和C-葉組成，活性位點(diǎn)位于這兩個(gè)葉的界面處。以前的研究已經(jīng)確定了催化核心中的三個(gè)疏水特征：C-葉中的αF-螺旋和一級(jí)序列中的兩個(gè)非連續(xù)殘基簇，它們?cè)谌S結(jié)構(gòu)中聚結(jié)形成兩個(gè)疏水“刺”，跨越N-和C-葉。催化(C)脊柱包括結(jié)合ATP的腺嘌呤環(huán)，其橋接N-和C-葉中的疏水殘基。Regulatory(R)脊柱，通常由C-葉中的兩個(gè)芳香族殘基(RS1和RS2)和N-葉中的兩個(gè)脂肪族殘基(RS3和RS4)組成，平行于C-脊柱，在處于活躍狀態(tài)的連續(xù)疏水補(bǔ)片，

Meharena及其同事檢測(cè)了約13,000種激酶序列中的R-脊柱殘基，并通過對(duì)代表性激酶cAMP依賴性蛋白激酶(PKA)的突變分析測(cè)試了這些殘基的性質(zhì)假設(shè)。他們觀察到C-葉中的殘基RS1和RS2對(duì)突變非常敏感，這與N-葉中殘基RS3和RS4的相對(duì)穩(wěn)健性相反。這導(dǎo)致鑒定出圍繞RS3和RS4的一組三個(gè)高度保守的殘基。這些支持N-葉中R-脊柱的殘基被稱為殼殘基Sh1，Sh2和Sh3。另外的突變分析提供了對(duì)R-脊柱完整性對(duì)催化必不可少的假設(shè)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。此外，

知道活性狀態(tài)需要組裝的R-脊柱，該小組檢查了真核蛋白激酶的可用結(jié)構(gòu)，并鑒定了其中拆解R-脊柱的172種結(jié)構(gòu)。他們能夠?qū)脊柱被破壞的四種特定方式進(jìn)行分類。這些中的兩個(gè)與先前表征的與活化環(huán)中DFG基序的定位相關(guān)的無活性構(gòu)象相關(guān)。一種構(gòu)象涉及DFG-out取向，另一種是由αC-螺旋的運(yùn)動(dòng)引起的DFG-in取向。這兩種不活躍的構(gòu)象已經(jīng)成功地用于藥物開發(fā)。

對(duì)其他非活性構(gòu)象的描述為藥物設(shè)計(jì)的新策略提供了機(jī)會(huì)，并為解釋和最終調(diào)節(jié)由與人類疾病相關(guān)的蛋白激酶突變引起的分子缺陷提供了更廣泛的基礎(chǔ)。

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