近日，上海交通大學生命科學技術學院徐沁、龔清秋課題組合作在Computational and Structural Biotechnology Journal線上發表題為An Allosteric Regulation Mechanism of Arabidopsis Serine/Threonine Kinase 1（SIK1）Through Phosphorylation的研究論文。生命科學技術學院2018級大學生穆俊羲、2020級碩士生周家莉為本文並列第一作者，生命科學技術學院長聘教軌副教授龔清秋和副研究員徐沁為共同通訊作者。
此項工作延續龔清秋課題組對植物Hippo/STE20同功能蛋白SIK1的功能研究，從微觀角度揭示了SIK1激酶域在磷酸化啟動過程中的動態構象變化和殘基作用路徑。通過對比多種絲/蘇氨酸激酶的一維序列和三維結構，使用同源建模構建了SIK1激酶域在磷酸化啟動和去磷酸化失活狀態下的穩定構象；通過分子動力學類比了失活態磷酸化及啟動態去磷酸化後的構象變化過程，基於殘基運動相關性揭示了磷酸化位點通過變構效應調控活性口袋開合的殘基作用路徑；以實驗驗證了啟動路徑中若干關鍵殘基對激酶活性的重要性。
圖1.磷酸化產生的變構效應調節活性口袋開閉
儘管SIK1的N-端、C-端序列都是植物特异的並且高度無序，但其激酶域與人類MST1/2等STE20家族蛋白激酶結構同源性很高，啟動機制具有高度的相似性。而這些激酶的啟動路徑中關鍵胺基酸的序列保守性與其所在位點的柔性相關：即覈心低柔性區類似催化位點殘基高度保守，而路徑兩端的磷酸化位點和活性調控位點位於高柔性loop區反而允許相對不同的殘基執行類似的功能。囙此，本研究結果不僅對植物Hippo通路與器官大小的研究有指導意義，也可為針對動物Hippo/MSTs設計小分子藥物用於癌症治療、器官再生提供結構參攷；還為高柔性無規區域在蛋白質調控中的作用新增了一個典型案例，為酶工程和蛋白質設計提供了一些新的思考。
圖2.計算與實驗相結合揭示的關鍵殘基作用機制
自2015年在國際上首次報導了植物Hippo通路的覈心激酶SIK1，建立了SIK1-MOB1模塊，並將Hippo/STE20促進細胞分裂退出與極性建立的功能推廣到真核生物域後，龔清秋課題組繼續進行植物Hippo通路的上下遊組分鑒定，並開展通路的進化生物學研究。本研究得到國家自然科學基金、上海交通大學醫工交叉項目、生命科學學科群交叉研究專案的支持。穆俊羲同學在徐沁副研究員的指導下，獲得大學生研究計畫（PRP）和大學生創新項目的支持。
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https://doi.org/10.1016/j.csbj.2021.12.033