北京大学Nature子刊解析重要激酶

　　

生物通报道  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。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Structural basis for the inhibition of Polo-like kinase 1

Polo-like kinase 1 (PLK1) is a master regulator of mitosis and is considered a potential drug target for cancer therapy. PLK1 is characterized by an N-terminal kinase domain (KD) and a C-terminal Polo-box domain (PBD). The KD and PBD are mutually inhibited, but the molecular mechanisms of the autoinhibition remain unclear. Here we report the 2.3-Å crystal structure of the complex of the Danio rerio KD and PBD together with a PBD-binding motif of Drosophila melanogaster microtubule-associated protein 205 (Map205PBM). The structure reveals that the PBD binds and rigidifies the hinge region of the KD in a distinct conformation from that of the phosphopeptide-bound PBD. This structure provides a framework for understanding the autoinhibitory mechanisms of PLK1 and also sheds light on the activation mechanisms of PLK1 by phosphorylation or phosphopeptide binding.