p27蛋白，癌细胞分裂的刹车器
2019/5/4 1:30:55World MT 世界医疗科技资讯
蛋白质的内在无序区域(IDR)是线性基序的支架，其介导蛋白质 - 蛋白质相互作用并且是翻译后修饰的位点。使用细胞周期抑制蛋白p27作为原型实例，我们显示带相反电荷的残基的图案控制IDR的构象特性。电荷图案化还编码IDR内的辅助图案。我们发现，主要基序的功能是通过辅助基序内每个残基的净电荷和由序列编码的电荷图案化产生的它们的IDR内相互作用的组合来调节的。这些发现表明，IDR的序列不仅仅是图案的被动支架。相反，它们编码调节主要图案功能的特征。
在繁忙的十字路口，交通信号通常有利于道路保持最大体积以使交通畅通。同样的，人体中的细胞分裂是由一些蛋白质调控的，这些蛋白控制着细胞如何分裂、移动和保护自己免受压力。
最近，华盛顿大学工程和应用科学学院工程学教授Rohit V. Pappu和他的前博士后研究员Rahul Das，与圣裘德儿童研究医院的Richard Kriwacki及其研究小组合作，揭示了如何迅速阻止癌细胞分裂的分子逻辑。相关研究结果发表在《PNAS》杂志。
图。1。
p27 IDR整合来自NRTK的增殖信号，通过T187磷酸化释放活性Cdk2 /细胞周期蛋白A. 增殖信号激活NRTK，其在Y88磷酸化p27，部分恢复Cdk2活性(步骤1)。这允许Cdk2在T187处的p27的复合物内磷酸化并产生磷酸二核(步骤2)。招募SCF Skp2 E3泛素连接酶导致p27-C内的赖氨酸残基泛素化(步骤3)，然后通过蛋白酶体选择性降解p27(步骤4)并释放完全活性的Cdk2 /细胞周期蛋白A. p27 IDR显示带有带正电荷和带负电荷的残基，分别用蓝色和红色表示。主要基质图案以黄色突出显示。
该研究小组研究了p27蛋白，这个蛋白的任务是阻止细胞分裂或减缓其分裂。Pappu说，这是一项重要的工作，因为在p27和其他类似蛋白中的遗传突变，在癌症中是一个主要罪魁祸首。
Pappu说：“了解p27抑制剂如何起到‘细胞周期抑制剂’的作用，是弄清如何设计p27模拟化合物的关键，这些化合物可以阻止细胞的增殖生长——这是人类癌症的一个关键特征。”
在前期的工作中，Kriwacki的团队表明，p27的存在可作为细胞分裂的一个停止标志。通过添加一个磷酸基修改一个关键的氨基酸，可启动p27的退化，这让p27进入细胞的垃圾桶,从而移除了停止标志，让细胞继续分裂。
Pappu和Kriwacki实验室之间的协作，开始围绕一个共同的兴趣，即所谓的内在无序蛋白质。与传统的蛋白质不同，p27和其他内在无序的蛋白质，无需折叠成定义良好的三维结构，就可以执行它们的功能。
2013年，Pappu和Das——现在是罗思伯格儿童疾病研究所的生物信息学科学家，也是耶鲁大学癌症中心的访问学者，发现内在无序蛋白质的形状和大小是由线性序列中正负电荷的氨基酸的模式调控的。这一发现开辟了一种设计策略，通过这种策略，研究人员研究了反向电荷的残基模式改变对一种特定氨基酸磷酸化效率的影响，这种氨基酸控制着p27的降解，并能停止细胞分裂。
Pappu说：“所有设计的变体可提高p27的磷酸化效率，从而意味着天然发生的序列模式，已经进化到确保一种更持久的停止信号标志。”
Pappu说，这一结果可帮助他的团队和其他科学家发现细胞周期以及由内在无序蛋白质控制的其他各种细胞过程的分子逻辑。
Pappu表示：“我们已经设计了一种策略，可以应用于各种系统，以弄清这些无序蛋白发挥功能的分子逻辑。这将让我们了解影响细胞分裂、细胞运动和程序性细胞死亡的分子开关的调控机制。”
嵌入蛋白质的内在无序区域(IDR)中的肽基序通常是控制细胞信号传导途径的翻译后修饰的位点。IDR序列如何调节基序的功能？我们使用细胞周期抑制蛋白p27 Kip1的多聚转分子C末端IDR回答这个问题(P27)。p27 IDR内Thr-187(T187)的磷酸化控制进入细胞分裂周期的S期。另外，预测多分解序列的构象特性受相反电荷残基的线性图案化的影响。因此，我们设计了p27 IDR的序列变体，以改变含有T187的主要底物基序外的电荷图案。计算机模拟和生物物理测量确认了关于电荷模式对IDR全局维度的影响的预测。通过功能研究，我们发现了p27 IDR中影响T187磷酸化效率的神秘序列特征。具体而言，我们发现T187磷酸化效率与辅助基序的每个残基的加权净电荷之间存在正相关。我们还发现辅助基序内正电荷的积累可以降低T187磷酸化的效率，因为这增加了涉及主要和辅助基序并且抑制它们对功能的贡献的长程IDR内相互作用的可能性。重要的是，我们的研究结果表明WT p27 IDR的隐蔽序列特征负调节T187磷酸化信号。我们的方法提供了一种可推广的策略，用于揭示序列上下文对其他IDR中主要图案功能的影响。
我们的功能研究表明，T187磷酸化的效率取决于三个因素：(i)包含磷酸盐的主要基序; (ii)辅助基序与Cdk2的相互作用，其似乎受辅助基序的wNCPR控制; (iii)主要和辅助基序与p27 IDR的N末端的长程分子内相互作用的强度。因素(ii)和(iii)本质上耦合到辅助基序的wNCPR值和跨序列其余部分的电荷图案。后者是在辅助基序内实现特定wNCPR值的结果。如果辅助基序内的wNCPR变得较不消极而没有伴随IDR内静电相互作用的增加，则T187磷酸化的效率将增加。相反，如果使wNCPR减少阴性或越来越积极导致伴随初级和/或辅助基序的IDR内静电吸引力的伴随增加，那么T187磷酸化的效率将降低。鉴于这两种相反的效应，其含义是对于给定的κ值，应该存在具有特定wNCPR值的序列和辅助基序外的电荷模式，其最小化或最大化T187磷酸化的效率。实际上，对于给定的κ值，存在大量具有一系列wNCPR值的序列(SI附录，图S28)。因此，对于给定的κ值，进行系统的高通量实验以揭示辅助基序内的wNCPR值，其最小化/最大化T187磷酸化的效率应该是可行的。
T187磷酸化是控制细胞周期向S期进展的必要步骤。p27 IDR内隐藏序列特征的负调节应减缓其泛素化和降解，以及减缓细胞周期向S期的进展。我们能够设计比WT p27更有效发出信号的p27-vXY构建体这一事实表明，这种关键的细胞周期调控系统可能已经进化到抑制T187磷酸化的效率和细胞周期进展的动力学。多序列比对显示p27 IDR的氨基酸组成在直向同源物中是绝对保守的(SI附录，图S29)); 这导致辅助基序的wNCPR的绝对保守性，并因此导致主要/辅助基序与其N末端上下文之间的IDR内相互作用的模式。
隐藏序列功能似乎不是p27 IDR独有的。实际上，他们的存在以前是假定的(29)。它们对Polycomb抑制复合物1的核心亚基的C-末端区域产生了影响，该复合物压缩复合物1压缩染色质并抑制染色质重塑(16)，并且在Nck系统中通过与多价配偶体的相互作用进行相分离(30))。我们的分析清楚地表明，IDR的序列背景可以调节主要基序的功能。该分析揭示了两个似乎合理的隐藏序列特征，其赋予IDR序列背景上的调节作用。当然，还有许多功能可以发挥更多的调节作用，序列设计驱动的高通量研究应该提供一种强大的方法，可以全面揭示IDR中神秘，功能相关的序列特征。
扫描以下二维码了解
世界医疗科技资讯微信公众号
长按以上公众号二维码扫描关注
传递爱心：看完觉得文章好 请把他分享给亲人或转发朋友圈 让更多人受益。
http://weixin.100md.com
返回 世界医疗科技资讯 返回首页 返回百拇医药