p53相关蛋白激酶（PRPK/TP53RK）在细胞骨架重塑与翻译调控中的双重角色

《Journal of Neurochemistry》：Dual Roles of p53-Related Protein Kinase in Cytoskeletal Remodeling and Translational Control

　　

p53相关蛋白激酶（PRPK；TP53RK）是一种进化上保守的非典型激酶，其生物学功能揭示了翻译控制、细胞骨架调节和细胞类型特异性应激反应之间意想不到的整合。作为TCTC复合体（苏氨酰-氨甲酰转移酶复合体）的核心组分，PRPK参与普遍保守的tRNA修饰t6A的合成，这是维持翻译保真度、蛋白质稳态和细胞活力的必需过程。从酵母到人类的结构与生化研究突显了一种深度保守的ATP酶驱动机制，在该机制中PRPK经历构象重排以激活催化亚基Tcs3，从而协调tRNA定位。超越这一经典功能，PRPK还展现出额外的作用。在果蝇和哺乳动物系统中，PRPK与细胞骨架调节因子（包括Rab35和Arp2/3亚基）相互作用，影响肌动蛋白组织、神经元极性和细胞迁移。这些相互作用表明存在第二个独立于TCTC的功能模块，通过该模块PRPK整合诸如AKT和TOPK等信号通路，以塑造细胞存活、轴突特化和肿瘤进展。PRPK在人类疾病中的失调进一步凸显了其多效性：功能获得机制促进肿瘤发生和转移，而PRPK或其他TCTC组分的功能缺失突变则导致Galloway–Mowat综合征，其特征为小头畸形、肾病综合征以及蛋白质稳态和细胞骨架完整性的严重缺陷。本视角综合了关于PRPK作为双重角色调节因子的新兴概念，其在tRNA生物学以及细胞骨架和应激反应中均发挥作用。研究人员阐述了关于底物身份、结构调控、细胞类型特异性以及选择性靶向PRPK用于治疗目的的可行性等未解问题。综上所述，这些发现揭示了PRPK作为翻译、信号传导和细胞骨架动力学分子调节因子的丰富性与复杂性，这些功能在进化和机制上是相互交织的。

本文主体内容总结如下：

1 引言

p53相关蛋白激酶（PRPK），也称为TP53相关激酶（TP53RK），属于非典型激酶家族piD261，最初通过mLT⁺与mLT^- T细胞的cDNA消减文库筛选被分离出来。该蛋白被归类为非典型激酶，因其缺乏常见激酶的底物识别序列，转而识别酸性丝氨酸残基，并且缺乏其他所有丝氨酸/苏氨酸激酶中与转移的ATPγ磷酸相互作用的催化赖氨酸残基。PRPK及其直系同源物是从古菌到植物和人类高度保守的蛋白，暗示它们代表了激酶超家族的一个古老分支。目前特征最明确的成员是PRPK的酵母直系同源物Bud32，它作为TCTC复合体的一个亚基调控细胞生长。人类PRPK与酵母Bud32有32%的同一性和64%的同源性，并能部分互补ΔBUD32菌株的生长缺陷表型，显示了跨进化域的功能保守性。

2 PRPK的一般特征与分子结构

人类PRPK由两个外显子组成，编码一个28 kDa的蛋白。其结构尚未以分离蛋白的形式测定，但结构模型来源于TCTC复合体的晶体学研究。在细胞内分布方面，PRPK可定位于细胞核，因为它包含一个核定位信号（NLS）。尽管存在这一经典定位信号，PRPK在大鼠胚胎海马神经元、HEK293T、U-2 OS、HeLa和COS-7等细胞系以及果蝇中主要定位于细胞质。然而，氧化还原状态升高可诱导PRPK从细胞质向细胞核易位。PRPK的表达受到时间调控，在细胞模型的G1期上调。在神经元发育过程中，小鼠模型显示出生后两周PRPK水平显著降低。这种时间调控可能暗示其在早期发育中的作用，并与TCTC成员缺陷可导致小头畸形的报道相关联。

3 PRPK在酵母中的作用

3.1 Bud32结构：PRPK的酵母直系同源物最初在酿酒酵母中被报道，由基因YGR262c编码，最初命名为piD261，被描述为一种具有自磷酸化活性并能将磷酸基团从ATP转移到酪蛋白和骨桥蛋白的丝氨酸/苏氨酸激酶。YGR262c基因破坏导致严重的生长缓慢表型和出芽位点选择缺陷，因此得名Bud32。Bud32的晶体结构表明其N端叶在典型的古菌和人类激酶中是保守的，而C端叶异常小，缺乏真核激酶中参与底物识别的激活片段和基序。此外，它有一个在其他蛋白激酶中不存在的碱性C端尾部。由于这些特征，Bud32及其直系同源物被归类为非典型蛋白激酶。

3.2 Bud32进化保守性：Bud32在真核生物中的功能保守性首先通过观察人类PRPK的异源表达能部分挽救Bud32突变体的缓慢生长表型而被提出。通过双杂交筛选，研究人员证明了Bud32与谷氧还蛋白4（Grx4）以及Kae1之间的物理相互作用。此外，在一些古细菌物种中，Bud32和Kae1的直系同源物融合在一个由单个基因编码的多肽中，其中Kae1抑制Bud32的激酶活性，表明Bud32和Kae1在整个进化过程中存在功能性相互作用。关于上游调控因子，PRPK C端结构域的Ser-250被Akt磷酸化，这种磷酸化对其激酶活性至关重要。Akt磷酸化位点在真核生物中高度保守，酵母中的Akt直系同源物Sch9p可以类似地磷酸化Bud32，但不增加其激酶活性，而是促进其与Grx4的相互作用并使其磷酸化。

3.3 Bud32经典作用：TCTC复合体

3.3.1 端粒调控与转录：Bud32与Kae1结合时从激酶向ATP酶的转变暗示了Bud32不直接与其激酶活性相关的额外功能。两个研究小组证明Bud32在酵母中可以与Kae1、Cgi121、Pcc1和Gon7形成蛋白复合体。该复合体在不同研究中分别被称为KEOPS复合体和EKC复合体，随后因其高度保守性而被命名为TCTC复合体。为了阐明Bud32在TCTC复合体中关于端粒调控和转录的具体作用，多项研究成功结晶了Bud32与其他成员的关联结构。结果表明TCTC活性依赖于Kae1-Bud32相互作用，因为破坏二者结合的突变会负面影响复合体的转录调控和端粒稳态功能。此外，Kae1可能通过诱导构象变化来抑制Bud32的激酶活性。

3.3.2 tRNA t⁶A修饰：TCTC复合体还具有一项进化保守的功能，即对所有与ANN密码子配对的tRNA第37位核苷酸进行修饰，称为tRNA t⁶A修饰。这种修饰增强了核糖体上的密码子-反密码子相互作用，有利于翻译保真度。该修饰通过两步反应进行：首先Sua5/TsaC合成中间体苏氨酰-氨甲酰腺苷酸（TC-AMP），然后由TCTC复合体将其转移到tRNA腺嘌呤37的N⁶位。能够执行t⁶A修饰的最小功能单元由Pcc1-Kae1-Bud32组成。最近的冷冻电镜结构进一步阐明了t⁶A修饰的分子基础，揭示了Bud32的构象重排，其作用可能超出了ATP水解，延伸到在催化循环中协调tRNA定位。

3.4 Bud32非经典作用：除了TCTC复合体迄今描述的作用外，近期报道也将其与DNA修复联系起来，作为双链断裂传感器，促进同源重组介导的DNA切除，并作为新型隐球菌毒力所需的因子，控制真菌生长、细胞周期控制、荚膜产生、铁稳态和毒力因子的产生。

4 PRPK在果蝇中的功能多样化

PRPK在无脊椎动物中的作用主要通过黑腹果蝇进行研究。基因CG10673被鉴定为果蝇中PRPK的直系同源物，编码一个224个氨基酸的丝氨酸/苏氨酸激酶（Prpk/Tcs5）。全动物水平的Prpk/Tcs5敲低是致死的，而在组织水平的失活导致尺寸减小，但没有明显的模式形成或分化缺陷。在此背景下，Prpk/Tcs5敲低诱导了不依赖p53的凋亡，以及PI3K/TOR通路靶标的磷酸化减少。同样，靶向TCTC复合体成员的敲低动物也表现出幼虫尺寸的严重减小。值得注意的是，在Kae1/Tcs3纯合突变体中检测到低水平的t⁶A，表明TCTC复合体在果蝇中t⁶A修饰功能的保守性。有趣的是，Prpk/Tcs5敲低在血细胞中改变了细胞形状和片状伪足的结构，模拟了Arp2/3复合体缺陷引起的表型，且该表型可通过共表达Rab35和Rac1得到挽救。Prpk/Tcs5与Arp2/3复合体亚基Arpc1和Rab35共分布并共免疫沉淀，表明Prpk/Tcs5可能在血细胞肌动蛋白动力学的调控中发挥作用。

5 PRPK在哺乳动物细胞中：从翻译控制到细胞骨架调控

5.1 PRPK的生理学作用：人类PRPK首次从白细胞介素-2激活的细胞毒性T细胞消减文库中克隆，并被证明能在体外和COS-7细胞中磷酸化p53的Ser15。其激酶活性通过AKT介导的Ser250磷酸化增强。后续研究还显示T-LAK细胞来源的蛋白激酶（TOPK）对相同残基的磷酸化也能激活PRPK。TOPK的活性受表皮生长因子（EGF）诱导，并促进PRPK对survivin Thr34的磷酸化。PRPK在许多人体组织中表达。其mRNA的3‘-UTR被miR-630靶向，而PRPK的降解由E3泛素连接酶MDM2介导。PRPK在神经系统中的表达受发育调控，在大鼠脑中胚胎阶段表达水平较高，出生后下降至免疫印迹检测不到的水平。在培养的大鼠海马神经元中，PRPK转染通过诱导其相互作用蛋白Rab35的降解来抑制轴突伸长。微管相关蛋白1B轻链1（MAP1B-LC1）通过结合PRPK并阻止其与Rab35的关联来抑制Rab35降解，从而促进轴突向外生长。

5.1.1 PRPK作为TCTC复合体一部分的作用：类似于酵母和果蝇中的情况，TCTC复合体也存在于人类细胞中，PRPK是其组成成员。人类TCTC由C14orf142、LAGE3、OSGEP、PRPK和TPRKB组成。一项蛋白质组学分析发现PRPK和TPRKB共享一组不与复合体其他成员结合的相互作用蛋白，其互作组富含poly(A) RNA结合蛋白和其他与蛋白质翻译相关的细胞过程，表明PRPK-TPRKB对可能具有与TCTC功能无关的额外作用。TPRKB抑制PRPK与p53的结合。

5.2 PRPK在人类疾病中的失调：许多已知的PRPK作用源于对其在疾病中功能的研究。PRPK敲低可抑制多发性骨髓瘤细胞系的生长，这通过p53依赖和非依赖两种机制实现。PRPK也与结直肠癌的迁移和转移有关。TOPK对PRPK Ser-250的磷酸化促进了伤口闭合实验中的迁移，而PRPK敲低则抑制了结直肠癌向肝脏和肺部的转移。第二种PRPK抑制剂夫西地酸可减少肿瘤迁移和结肠癌细胞侵袭。TOPK和PRPK的功能也在皮肤癌中得到研究。TCTC复合体不同成员的突变会导致Galloway-Mowat综合征（GAMOS），这是一种异质性常染色体隐性遗传病，其特征为早发性激素抵抗型肾病综合征、小头畸形和神经功能障碍。已在TCTC复合体全部五个成员中发现了导致GAMOS的突变。在分子水平上，在人足细胞中敲低PRPK、OSGEP或TPRKB会降低蛋白质的从头合成，激活未折叠蛋白反应（UPR）、DNA损伤反应并增加蛋白酶体活性。OSGEP和PRPK与Arp2/3复合体的组分相互作用，并在人足细胞的片状伪足处与Arp2和Arp3共定位。此外，OSGEP或PRPK敲低严重破坏了皮层下肌动蛋白网络并抑制足细胞迁移。最近的研究还表明，PRPK通过磷酸化BIRC5/survivin驱动慢性肾脏病进展，从而促进肾纤维化。

6 结论与展望

PRPK是一种进化上保守的非典型蛋白激酶，具有双重作用。它是TCTC复合体的核心亚基，对于tRNA t⁶A修饰、基因表达调控和端粒稳态至关重要；同时通过细胞类型特异性的蛋白质-蛋白质相互作用调节细胞骨架动力学和细胞存活。来自酵母到哺乳动物的证据支持其在翻译准确性方面的祖先作用，而脊椎动物的研究揭示了其在神经元发育和肿瘤生物学中额外的、背景依赖性的活性。PRPK的表达在发育过程中的大鼠脑中下调，这引发了一个问题：这种表达模式是否仅限于中枢神经系统，还是全局现象。研究人员假设PRPK在有丝分裂后神经元中的水平必须足够高以执行tRNA t⁶A修饰，但仍需对成熟神经系统中PRPK的功能进行更全面的表征。PRPK互作组的多样性表明存在更广泛的、不依赖p53的通路。PRPK似乎以一种模块化的方式运作，根据其结合的复合体参与不同的细胞功能。仍有几个关键问题待解决，包括不同细胞类型中底物和互作因子的鉴定与调控、PRPK如何协调其TCTC依赖性和细胞骨架/信号传导功能、赋予细胞类型特异性的机制、能否开发选择性PRPK抑制剂而不损害TCTC介导的翻译、GAMOS相关突变如何破坏肌动蛋白组织以及PRPK是否参与t⁶A修饰以外的RNA相关过程。