北京大学Nature子刊解析重要激酶

　　来自北京大学深圳研究生院化学生物学与生物技术学院的研究人员，在新研究中揭示了Polo样激酶1(Polo-like kinase 1,PLK1)抑制的结构基础，相关论文“Structural basis for the inhibition of Polo-like kinase 1”发表在7月28日的《自然结构与分子生物学》(Nature Structural & Molecular Biology)杂志上。

　　北京大学深圳研究生院化学生物学与生物技术学院的汪涛(Tao Wang)教授和全军民(Junmin Quan)副教授是这篇论文的共同通讯作者。

　　Polo样激酶(Polo-like kinase ,PLKs)是广泛存在于真核生物中的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。哺乳动物中包括PLK1、PLK2、PLK3和PLK4。它们在细胞周期各时相中都发挥重要作用。目前，对于PLK1的研究最透彻。

　　过去的研究证实，PLK1随有丝分裂进程定位于不同位点，调节分裂期进入、纺锤体形成和胞质分裂等过程。PLK1能够与磷酸化的停靠蛋白结合，从而在不同空间被激活以满足其在细胞周期中的不同功能。PLK1还参与了G2和M期DNA损伤监测点的调节，是DNA损伤恢复后重新进入有丝分裂期的必需条件。此外，PLK1在多种恶性肿瘤中存在过表达且与肿瘤发生密切相关，并在肿瘤治疗中靶向PLK1表现出良好的应用前景，被视作是有潜力的癌症治疗药物靶点。

　　PLK1的整体结构包括N末端激酶结构域(kinase domain ,KD)、C末端Polo盒结构域(PBD结构域)及中间连接区域。PBP结构域调控了Polo样激酶在细胞中的定位和蛋白之间相互作用。PLK1的激酶结构域包括核定位信号区(NLS)、有丝分裂结束后的破坏盒(D-box)，还有一段T-loop，与ATP的结合和酶活性密切相关。此外，这个结构域也与PLK1的亚细胞定位及被募集到蛋白底物有关。正常情况下，激酶结构域与PBD结合，以一种类似相互抑制的形式存在，但目前对于这种自抑制的分子机制尚不清楚。

　　在这篇文章中，研究人员报道了分辨率为2.3-Å，斑马鱼(Danio rerio)PLK1 KD和PBD结构域，与黑腹果蝇微管相关蛋白205(Map205PBM)一个PBD结合模体构成的复合物的晶体结构。他们针对KD-PBD- Map205PBM复合物整体结构，KD-PBD互作细节，以及PBD- Map205PBM的互作细节进行了分析。结果显示，PBD结合并固定了KD的铰链区，减低了KD的柔性。随后，研究人员采用GST pull-down 实验以及拟磷酸化突变体等方法，绘制出了PLK1多水平调控模型，证实通过磷酸化作用和磷酸肽结合可部分或完全地激活PLK1。

　　这一结构为了解PLK1的自抑制机制提供了框架，并阐明了PLK通过磷酸化作用或磷酸肽结合而激活的分子机制。