我所利用生物分子模拟预测代谢酶新功能并揭示结直肠癌的发生机制

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　　近日，我所分子反应动力学国家重点实验室分子模拟与设计研究组（1106组）李国辉研究员团队与中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（上海生物化学与细胞生物学研究所）杨巍维研究员团队、广州大学王雄军教授、复旦大学附属中山医院李全林教授等合作，揭示了代谢酶果糖1,6-二磷酸酶1（FBP1）能够行使蛋白磷酸酶的功能，并证明了FBP1介导的IκBα去磷酸化在结直肠癌发生中起到关键作用。

　　有研究表明，磷酸化可溶性代谢物的代谢酶，也可以作为蛋白质激酶磷酸化各种蛋白质底物，进而调节细胞周期、细胞凋亡和许多其他的细胞过程。合作团队针对这一研究现象，拟先通过理论计算挖掘可作为蛋白质去磷酸化的代谢物磷酸酶。李国辉团队通过分子对接和分子动力学（MD）模拟对57种代谢物磷酸酶进行了高通量筛选，发现糖异生途径中的催化果糖1,6-二磷酸（F-1,6-BP）水解为果糖6-磷酸（F-6-P）的关键代谢酶FBP1，可作为蛋白质磷酸酶。鉴于此，实验合作团队进一步通过磷酸化蛋白质组学分析，确定了IκBα是FBP1去磷酸化的蛋白底物。研究发现，FBP1第213位天冬酰胺（N213）直接与IκBα相互作用并去磷酸化IκBα第32/36位丝氨酸（S32/36），从而抑制NF-κB信号的激活。量子化学计算结果显示，FBP1介导的IκBα去磷酸化的催化机制与F-1,6-BP去磷酸化类似， IκBα去磷酸化的能垒高于其底物。

　　该工作不仅揭示了代谢酶FBP1能够行使蛋白磷酸酶的功能，明确了IκBα是FBP1去磷酸化的蛋白质底物，并确立了FBP1介导的IκBα去磷酸化在结直肠肿瘤发生中的关键作用及其机制。

　　相关研究以“Fructose-1,6-bisphosphatase 1 dephosphorylates IκBα and suppresses colorectal tumorigenesis”为题，于近日发表在《细胞研究》（Cell Research）上。该工作的第一作者是分子细胞卓越中心朱文成博士、我所楚慧郢副研究员、分子细胞卓越中心张亚娟副研究员、上海长海医院罗天航主任医师、广州大学喻华博士。以上工作得到了中科院B类先导专项“生物大分子复合体结构与功能的跨尺度研究”、国家自然科学基金等项目的支持。（文/图 楚慧郢、李国辉）

　　原文链接：https://www.nature.com/articles/s41422-022-00773-0