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国际知名学术期刊Cell子刊Structure近日在线发表了中科院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所周兆才和赵允研究组的最新研究成果——Structure of the MST4 in Complex with MO25 Provides Insights into Its Activation Mechanism。该研究阐述了支架蛋白MO25对STE20家族激酶MST4的激活机制。
MST4属于STE20激酶GCKIII亚家族，在细胞极性、增值、转化与迁移等过程中发挥重要作用。MO25与假激酶STRAD共同激活肿瘤抑制蛋白LKB1，从而使得LKB1发挥抗肿瘤的生物学活性。在肠上皮细胞刷状缘（brush border）的形成过程中，LKB1/MO25/STRAD以及下游激酶MST4起着关键的作用。LKB1的激活引发肠上皮细胞的apicobasal极性，通过PIP2招募磷脂酶PLD1以及下游蛋白PDZGEF和Rap2A到细胞膜上并激活Rap2A。TNIK作为Rap2A的效应蛋白与MST4发生作用并将其定位到细胞膜附近。MST4进而磷酸化肌动蛋白结合蛋白Ezrin从而引起刷状缘的形成。最近有研究表明，MO25也能与包括MST4在内的STE20家族激酶相互作用并提高其激酶活性。然而MO25对MST4的激活机制并不清楚，阻碍了MST4生物学功能的深入研究。
在本项研究中，周兆才实验室的史竹兵、焦石和张振等人对MST4-MO25复合物进行了晶体结构分析，并在结构指导下通过突变学研究从生物化学与细胞生物学等多个角度阐释了MO25对MST4的激活机制及其细胞功能。通过对MST4-MO25晶体结构的分析及其与MST4等相关激酶单独结构的比较，发现MO25的结合使得MST4的关键元件alpha-C螺旋的构象发生显著变化，从而稳定了MST4活性中心的激活状态。通过对晶体结构中MST4同源二聚化的分析，揭示了MST4“分子间自身磷酸化”的机制。动力学实验以及细胞凋亡实验表明，MO25在细胞内与MST4结合并激活MST4从而促进细胞凋亡的发生。这些发现为进一步研究STE20家族激酶的生物学功能机制提供了结构基础。
该研究工作得到科技部、国家自然科学基金委、上海市科委以及中科院的经费资助。