國際知名學(xué)術(shù)期刊Cell子刊Structure近日在線發(fā)表了中科院上海生科院生化與細(xì)胞所周兆才和趙允研究組的最新研究成果——“Structure of the MST4 in Complex with MO25 Provides Insights into Its Activation Mechanism”。該研究闡述了支架蛋白MO25對STE20家族激酶MST4的激活機制,。
MST4屬于STE20激酶GCKIII亞家族,，在細(xì)胞極性，增值,，轉(zhuǎn)化與遷移等過程中發(fā)揮重要作用,。MO25與假激酶STRAD共同激活腫瘤抑制蛋白LKB1，從而使得LKB1發(fā)揮抗腫瘤的生物學(xué)活性,。在腸上皮細(xì)胞刷狀緣（brush border）的形成過程中,，LKB1/MO25/STRAD以及下游激酶MST4起著關(guān)鍵的作用。LKB1的激活引發(fā)腸上皮細(xì)胞的apicobasal極性,，通過PIP2招募磷脂酶PLD1以及下游蛋白PDZGEF和Rap2A到細(xì)胞膜上并激活Rap2A,。TNIK作為Rap2A的效應(yīng)蛋白與MST4發(fā)生作用并將其定位到細(xì)胞膜附近。MST4進(jìn)而磷酸化肌動蛋白結(jié)合蛋白Ezrin從而引起刷狀緣的形成,。最近有研究表明,，MO25也能與包括MST4在內(nèi)的STE20家族激酶相互作用并提高其激酶活性。然而MO25對MST4的激活機制并不清楚,，阻礙了MST4生物學(xué)功能的深入研究,。
在本項研究中,，周兆才實驗室的史竹兵，焦石和張振等人對MST4-MO25復(fù)合物進(jìn)行了晶體結(jié)構(gòu)分析,，并在結(jié)構(gòu)指導(dǎo)下通過突變學(xué)研究從生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)等多個角度闡釋了MO25對MST4的激活機制及其細(xì)胞功能,。通過對MST4-MO25晶體結(jié)構(gòu)的分析及其與MST4等相關(guān)激酶單獨結(jié)構(gòu)的比較，發(fā)現(xiàn)MO25的結(jié)合使得MST4的關(guān)鍵元件alpha-C螺旋的構(gòu)象發(fā)生顯著變化,，從而穩(wěn)定了MST4活性中心的激活狀態(tài),。通過對晶體結(jié)構(gòu)中MST4同源二聚化的分析，揭示了MST4“分子間自身磷酸化”的機制,。動力學(xué)實驗以及細(xì)胞凋亡實驗表明,，MO25在細(xì)胞內(nèi)與MST4結(jié)合并激活MST4從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡的發(fā)生。這些發(fā)現(xiàn)為進(jìn)一步研究STE20家族激酶的生物學(xué)功能機制提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),。
該研究工作得到國家科技部,、自然科學(xué)基金委、上海市科委以及中科院的經(jīng)費資助,。(生物谷Bioon.com)
doi:10.1016/j.str.2013.01.007
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Structure of the MST4 in Complex with MO25 Provides Insights into Its Activation Mechanism
Zhubing Shi, Shi Jiao, Zhen Zhang, Miao Ma, Zhao Zhang, Cuicui Chen, Ke Wang, Huizhen Wang, Wenjia Wang, Lei Zhang, Yun Zhao and Zhaocai Zhou.
Mammalian STE20-like kinase MST4 regulates multiple cellular aspects such as cell polarity and proliferation. MST4 acts downstream of LKB1/MO25/STRAD complex to induce brush border formation. MO25 directly interacts with MST4 to promote its kinase activity. Here, we report the crystal structure of MST4 in complex with MO25. Association of MO25 rotates the αC helix of MST4 toward its catalytic core, stabilizing the αC helix in an active position. The kinase domain of MST4 forms a specific homodimer that is required for trans-autophosphorylation. MO25-stimulated activation of MST4 promotes apoptosis in HEK293T cells. Atomic resolution permitted the study of interface mutations capable of disrupting the MST4-MO25 interaction or the kinase-domain-mediated homodimerization. These mutations impaired MST4 kinase activation and function within the cell. Collectively, our study identifies the activation mechanism of MST4 and provides a structural basis for further functional study.
