青年学者Cell Death Dis：PINK1自磷酸化修饰的重要作用

　　

生物通报道：来自北京生命科学研究所，清华大学生科院的研究人员在模式生物果蝇中建立PINK1/Parkin诱导的神经元退化的疾病模型，从而揭示了PINK1的自磷酸化修饰以及PINK1激酶介导的Parkin磷酸化修饰在线粒体质量监控中起重要作用。

这一研究成果公布在12月1日的Cell Death and Disease 杂志上，由北京生命科学研究所的王涛研究员领导完成，王涛研究员早年毕业于南开大学，研究组主要应用果蝇和小鼠模型研究导致癌细胞线粒体调控异常的分子机理，以及其和癌症发生的相互关联。

作为细胞的能量工厂，线粒体对于维持细胞的正常生理功能十分重要。一系列外界环境因素的干扰或者内部遗传基因的突变造成线粒体损伤，损伤的线粒体若不能及时清除会引起许多种疾病的发生，其中就包括帕金森氏综合症，第二常见的神经退行性疾病。

早期的研究报道帕金森氏综合症致病基因pink1和parkin的突变会引起功能缺陷线粒体在细胞中的滞留，大量形态瓦解和功能丧失线粒体释放促凋亡因子，最终造成细胞死亡，因此PINK1和Parkin主要通过促进损伤线粒体的自嗜清除行使线粒体质量监控功能，但PINK1和Parkin是如何在不破环正常线粒体的前提下选择性标记损伤线粒体从而促进它的自嗜清除仍然需要进一步的研究。

王涛实验室在模式生物果蝇中建立PINK1/Parkin诱导的神经元退化的疾病模型，旨在进一步解析PINK1/Parkin介导的线粒体质量监控通路的分子机理。

研究人员运用Phos-tag电泳手段，发现果蝇PINK1蛋白存在自身磷酸化修饰，且通过质谱分析发现果蝇PINK1蛋白只在346位丝氨酸存在磷酸化修饰。在果蝇复眼中表达线粒体定位的PINK1和Parkin能引起光受体神经元退化，而346位丝氨酸突变成丙氨酸完全抑制PINK1/Parkin导致的细胞坏死表型。

他们还进一步发现PINK1的自身磷酸化修饰对于激活它对Parkin的激酶活性是必需的，作为PINK1的直接底物，破坏PINK1介导的Parkin磷酸化修饰也能大大缓解PINK1/Parkin引起的光受体神经元死亡表型。

此外，通过剖析PINK1和Parkin 磷酸化修饰在线粒体质量监控通路中的机制，研究人员发现PINK1的自磷酸化修饰对于招募Parkin易位到线粒体上以及激活下游Parkin泛素连接酶活性都是必需的，有趣的是Parkin磷酸化修饰的缺失并不影响它的线粒体定位，但大大抑制了自身活性和PINK1/Parkin 下游通路的激活。

最后这项研究通过体内Knock-in实验发现自磷酸化缺陷型PINK1表现出pink1突变体相似的运动神经元的退化和线粒体的崩溃表型，从而体内证明PINK1 346位丝氨酸的自磷酸化修饰在线粒体质量控制中的关键的作用。

这些研究工作建立了PINK1蛋白激酶招募泛素连接酶Parkin的分子机制，有助于更加深入了解因线粒体损伤造成帕金森氏综合症的致病机理，为PD的治疗提供有效的理论依据。

作者简介：

王涛 博士
北京生命科学研究所研究员
2011年- 北京生命科学研究所研究员
2007-2011年 美国Fred Hutchinson癌症研究中心，博士后
2006-2007年 美国约翰霍普金斯大学，博士后
2006年 美国约翰霍普金斯大学医学院生物化学系，博士
2000年 北京大学生物化学系，硕士
1997年 南开大学生物化学及分子生物学系，学士

获得奖励：

Paul Ehrlich Research Award, 美国约翰霍普金斯大学
Damon Runyon Cancer Research Foundation Fellowship, 美国
****, 中国
海聚工程，北京

研究概述：
细胞有严格的质量调控体系，包括对损伤的蛋白，细胞器的修复，清除。作为细胞内能量中心的线粒体质量调控体系的失活会导致衰老以及神经退行性疾病等多种疾病。帕金森氏综合症的两个致病基因PINK1和Parkin直接参与到损伤的线粒体的清除。我们在果蝇和培养细胞体系中建立了PINK1/Parkin诱导细胞死亡体系，并进行全基因组遗传筛选。通过进一步的工作，我们希望建立PINK1/Parkin的激活机制以及下游通路。同时在多种癌细胞中，线粒体存在着形态变化和功能降低，我们计划应用果蝇和小鼠模型研究导致癌细胞线粒体调控异常的分子机理，以及其和癌症发生的相互关联。

内质网（ER）也存在这严格的质量调控体系，通过内质网上的蛋白降解（ERAD）途径降解错误折叠的新合成的蛋白，从而保证只有正确折叠的蛋白存在并行使功能。我们在果蝇复眼中建立了表达萤光标记的正常和内质网滞留的突变视紫红质的内质网质量调控的监测体系，并进行了几种不同的全基因组遗传筛选。通过这一系列遗传筛选，我们得到了12个新的内质网质量调控相关基因。其中我们克隆到了一个新的内质网膜上的E3泛素连接酶，SORDD。并发现SORDD通过一个完全独立于经典HRD1依赖的 ERAD途径的新的内质网蛋白降解途径降解发挥作用。我们正在通过遗传学及生物化学的方法去鉴定SORDD途径的相关基因，从而希望建立完整的SORDD途径的分子机制。同时我们建立了几种基于内质网/视紫红质的动态平衡紊乱的视网膜退行性疾病的小鼠模型，计划探讨通过调控SORDD等途径的对这类神经退行性疾病的治疗

原文摘要：

PINK1-dependent Phosphorylation of PINK1 and Parkin Is Essential for Mitochondrial Quality Control

Mitochondrial dysfunction has been linked to the pathogenesis of a large number of inherited diseases in humans, including Parkinson’s disease, the second most common neurodegenerative disorder. The Parkinson’s disease genes pink1 and parkin, which encode a mitochondrially targeted protein kinase, and an E3 ubiquitin ligase, respectively, participate in a key mitochondrial quality-control pathway that eliminates damaged mitochondria. In the current study, we established an in vivo PINK1/Parkin-induced photoreceptor neuron degeneration model in Drosophila with the aim of dissecting the PINK1/Parkin pathway in detail. Using LC-MS/MS analysis, we identified Serine 346 as the sole autophosphorylation site of Drosophila PINK1 and found that substitution of Serine 346 to Alanine completely abolished the PINK1 autophosphorylation. Disruption of either PINK1 or Parkin……