中國科學(xué)院生物物理研究所陳暢研究組繼發(fā)現(xiàn)II型α亞型磷脂酰肌醇-4-激酶在腫瘤生長中的作用（Oncogenes，2010）之后，與生物物理所孫飛研究組及伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校Klaus Schulten研究組合作，共同于3月28日在Nature Communications報道了關(guān)于人源II型α亞型磷脂酰肌醇-4-激酶（hPI4KIIα）的結(jié)構(gòu)功能研究成果Molecular insights into the membrane-associated phosphatidylinositol 4-kinase IIα，該研究成果從分子水平闡明了PI4KIIα激酶活性調(diào)節(jié)的分子機(jī)制。

PI4KIIα是磷脂酰肌醇信號通路和磷脂酰肌醇代謝中的關(guān)鍵分子，在PI（4，5）P2生物合成、溶酶體和高爾基體相關(guān)膜轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞內(nèi)信號通路傳導(dǎo)、病原體吞噬和神經(jīng)突觸囊泡循環(huán)等方面起著重要作用。PI4KIIα的功能異常與腫瘤生長、痙攣性截癱、高雪氏癥和阿爾茨海默癥等人類疾病密切相關(guān)，使得PI4KIIα成為了重要的潛在藥物靶點(diǎn)。生理?xiàng)l件下，絕大部分PI4KIIα?xí)蛔貦磅；揎棽⒍ㄎ辉诩?xì)胞內(nèi)膜上（主要為高爾基體膜和溶酶體膜），其激酶活性與棕櫚酰化修飾密切相關(guān)。此外，膽固醇、β淀粉樣肽等生物分子通過改變生物膜的動態(tài)流動性也可以調(diào)節(jié)其活性。然而，其分子調(diào)節(jié)機(jī)制由于沒有PI4KIIα的精細(xì)結(jié)構(gòu)一直沒有得到闡明。

該研究團(tuán)隊解析獲得了hPI4KIIα催化核心的ADP結(jié)合狀態(tài)的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)，揭示了PI4KIIα不同于PI3K家族蛋白的ATP結(jié)合口袋，為針對該潛在靶點(diǎn)的藥物設(shè)計提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；與其它磷脂激酶催化核心相比，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)PI4KIIα具有三個獨(dú)特的插入片段——棕櫚酰化插入片段（Palmitoylation insertion）、富含RK插入片段（RK-rich insertion）和插入片段3，PI4KIIα通過棕櫚?；迦肫魏透缓琑K插入片段與細(xì)胞膜的疏水和靜電相互作用緊密結(jié)合在細(xì)胞膜表面；同時，基于分子動力學(xué)模擬和生化分析手段，推測并驗(yàn)證了底物磷脂酰肌醇（PI）的結(jié)合口袋；更為重要的是，研究團(tuán)隊通過分子動力學(xué)模擬和進(jìn)一步的生化實(shí)驗(yàn)研究證明：膜環(huán)境的改變、棕櫚?；揎椏梢酝ㄟ^棕櫚?；迦肫蔚臉?gòu)象漲落來改變底物結(jié)合位點(diǎn)的穩(wěn)定性，從而調(diào)節(jié)PI4KIIα的激酶活性。

該工作展示了首個PI4K家族成員精細(xì)結(jié)構(gòu)，揭示了一種新的磷脂激酶活性調(diào)節(jié)機(jī)理，為下一步發(fā)現(xiàn)該激酶的特異性抑制劑及靶向藥物奠定了基礎(chǔ)，具有重要的生物學(xué)意義和應(yīng)用開發(fā)價值。孫飛研究組的碩博研究生周強(qiáng)軍博士（現(xiàn)為Stanford University博士后）和陳暢研究組的李江美博士為該文章的共同第一作者。與此同時，陳暢研究組建立了以PI4KIIα與EGFR雙靶點(diǎn)聯(lián)合抗腫瘤新策略（Protein and Cell, 2014）。上述研究得到了科技部“973”計劃、“863”計劃和國家自然科學(xué)基金的資助。

圖a，hPI4KIIα催化核心ADP結(jié)合狀態(tài)整體結(jié)構(gòu)；圖b，ATP結(jié)合口袋ADP與hPI4KIIα的相互作用；圖c，ATP結(jié)合口袋重要氨基酸殘基突變體激酶活性；圖d，基于分子動力學(xué)模擬推測的PI結(jié)合口袋；圖e，棕櫚?；迦肫瓮蛔凅w激酶活性測定；圖f和g，hPI4KIIα沒有被棕櫚酰化修飾（f）和被修飾（g）情況下的氨基酸殘基構(gòu)象變化。