《AMPK家族蛋白激酶的調控機制研究》是依託清華大學，由吳嘉煒擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：AMPK家族蛋白激酶的調控機制研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：吳嘉煒
- 項目類別：重點項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
單磷酸腺苷激活的蛋白激酶（AMPK）的活性受體內AMP/ATP比例的調控，是調節細胞能量代謝的關鍵樞紐；此外還有十多個在進化上與AMPK密切相關的蛋白激酶，在細胞極性、神經發育等生理過程中發揮著重要作用。它們共同組成了AMPK蛋白激酶家族，成為2型糖尿病、癌症等疾病藥物研發的重要靶標。這些激酶通過磷酸化下游底物在體內發揮功能，活力均受到非常精細和複雜的調控。本項目主要運用結構生物學方法，研究AMPK的空間結構，並結合酶促動力學方法，研究磷酸化、糖原、AMP等調控AMPK活力的分子機制。同時，我們還將研究保守的UBA片段在不同家族成員中的不同作用，對一些重要家族成員展開活力調控機制研究。總之，我們將以蛋白質結構解析為基礎，綜合運用多種生物化學和分子生物學方法，研究AMPK家族蛋白激酶，特別是AMPK的活力調控機制，以期加深對AMPK家族蛋白激酶生理功能的了解，促進相關藥物的研發進程。
結題摘要
單磷酸腺苷激活的蛋白激酶（AMPK）是機體代謝調控的關鍵分子，它通過感知細胞內的AMP/ATP濃度比，調控一系列代謝途徑來維持細胞的能量穩態。此外，還有12個蛋白激酶在進化上與AMPK密切相關（AMPK-RK），它們在細胞極性、細胞周期、神經發育、癌症發生等多個領域發揮了重要作用。AMPK和AMPK-RK共同組成了AMPK蛋白激酶家族，是代謝綜合徵、癌症等疾病藥物研發的重要靶標。本項目主要運用結構生物學方法，研究AMPK家族蛋白激酶的空間結構，並結合酶促動力學方法，研究其活力調控的分子機制。在項目實施期間，我們對AMPK感知細胞內AMP/ATP濃度比的分子基礎、AMPK的α亞基受其他亞基別構調控的分子機制、UBA結構域在AMPK家族激酶不同成員中的調控作用、以及多個AMPK家族成員分子的活力調控機制方面進行了細緻的研究，取得了多項重要進展。通過解析AMPK核心結構域在不同核苷酸結合狀態下的晶體結構，我們揭示了AMPK γ亞基上感知細胞內AMP/ATP濃度比的關鍵位點；綜合結構信息和生化實驗的結果，我們進一步確認了AMPK α亞基上的自抑制區域（AID，即UBA結構域）的保守調控作用，同時也指認了α亞基上兩個關鍵保守調控元件α-RIM1和α-RIM2，並提出了AMPK別構調控的分子模型；我們解析了不同AMPK家族成員的KD-UBA片段的晶體結構，這些UBA結構域都形成了保守的三螺旋束結構，但與激酶結構域的相互作用卻採取了至少三種不同的模式，而且在AMPK家族各個成員的活力調控中發揮著不同的作用；我們解析了MELK蛋白激酶的KD-UBA片段的晶體結構，揭示了氧化還原狀態調控MELK激酶活力的結構基礎；我們發現SAD-A蛋白激酶具有兩個負調控區域（UBA和AIS），協同調控SAD-A的激酶活力，並解析了SAD-A兩個不同片段的晶體結構，揭示了UBA和AIS的負調控機制，此外還發現SAD-A的C端KA1結構域能夠結合特定脂類，進而提出了與膜定位密切相關的SAD-A蛋白激酶激活模型。這些研究成果大大促進了人們對AMPK家族蛋白激酶的活力調控機制的認識，揭示了蛋白家族內保守結構域在不同成員中執行特異性功能的分子機制，也為相關藥物的設計研發提供了嶄新的思路和堅實的理論基礎。
