北京大學Nature子刊解析重要激酶

　　來自北京大學深圳研究生院化學生物學與生物技術學院的研究人員，在新研究中揭示了Polo樣激酶1(Polo-like kinase 1,PLK1)抑制的結構基礎，相關論文“Structural basis for the inhibition of Polo-like kinase 1”發表在7月28日的《自然結構與分子生物學》(Nature Structural & Molecular Biology)雜志上。

　　北京大學深圳研究生院化學生物學與生物技術學院的汪濤(Tao Wang)教授和全軍民(Junmin Quan)副教授是這篇論文的共同通訊作者。

　　Polo樣激酶(Polo-like kinase ,PLKs)是廣泛存在于真核生物中的一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。哺乳動物中包括PLK1、PLK2、PLK3和PLK4。它們在細胞周期各時相中都發揮重要作用。目前，對于PLK1的研究最透徹。

　　過去的研究證實，PLK1隨有絲分裂進程定位于不同位點，調節分裂期進入、紡錘體形成和胞質分裂等過程。PLK1能夠與磷酸化的停靠蛋白結合，從而在不同空間被激活以滿足其在細胞周期中的不同功能。PLK1還參與了G2和M期DNA損傷監測點的調節，是DNA損傷恢復后重新進入有絲分裂期的必需條件。此外，PLK1在多種惡性腫瘤中存在過表達且與腫瘤發生密切相關，并在腫瘤治療中靶向PLK1表現出良好的應用前景，被視作是有潛力的癌癥治療藥物靶點。

　　PLK1的整體結構包括N末端激酶結構域(kinase domain ,KD)、C末端Polo盒結構域(PBD結構域)及中間連接區域。PBP結構域調控了Polo樣激酶在細胞中的定位和蛋白之間相互作用。PLK1的激酶結構域包括核定位信號區(NLS)、有絲分裂結束后的破壞盒(D-box)，還有一段T-loop，與ATP的結合和酶活性密切相關。此外，這個結構域也與PLK1的亞細胞定位及被募集到蛋白底物有關。正常情況下，激酶結構域與PBD結合，以一種類似相互抑制的形式存在，但目前對于這種自抑制的分子機制尚不清楚。

　　在這篇文章中，研究人員報道了分辨率為2.3-?，斑馬魚(Danio rerio)PLK1 KD和PBD結構域，與黑腹果蠅微管相關蛋白205(Map205PBM)一個PBD結合模體構成的復合物的晶體結構。他們針對KD-PBD- Map205PBM復合物整體結構，KD-PBD互作細節，以及PBD- Map205PBM的互作細節進行了分析。結果顯示，PBD結合并固定了KD的鉸鏈區，減低了KD的柔性。隨后，研究人員采用GST pull-down 實驗以及擬磷酸化突變體等方法，繪制出了PLK1多水平調控模型，證實通過磷酸化作用和磷酸肽結合可部分或完全地激活PLK1。

　　這一結構為了解PLK1的自抑制機制提供了框架，并闡明了PLK通過磷酸化作用或磷酸肽結合而激活的分子機制。