核糖体S6K蛋白激酶

核糖体Ｓ6Ｋ蛋白激酶
【摘要】核糖体核糖体S6Ks蛋白激酶是cAMP-cGMP依赖性激酶和PKC 激酶超家族成员之一,在控制细胞大小、生长和繁殖中发挥着重要作用,通过协同作用方式达到组织器官的正常发展。

核糖体核糖体S6Ks蛋白激酶的活化是一个复杂的过程。

国外学者相关性的研究认为S6K蛋白激酶具有致癌潜能。

研究S6Ks 如何控制蛋白翻译和细胞生长等具体功能机制,将为攻克肿瘤疾病提供更为有效的药物治疗依据。

【关键词】核糖体核糖体S6Ks蛋白激酶;肿瘤
蛋白分子的磷酸化是细胞内信号传导过程中最重要的调节方式之一。

各种蛋白激酶通过将ATP的γ磷酸基转移到底物特定的氨基酸残基上,使底物蛋白磷酸化,这种磷酸化作用不仅可以调节蛋白质活性,还可以使传导信号逐级放大,最终引起细胞内反应。

可以这么说,细胞内所有的活动都离不开蛋白激酶的参与,而激酶的磷酸化作用也正体现了细胞信号传导过程中最为有效的调节方式。

核糖体S6Ks蛋白激酶作为cAMP-cGMP依赖性激酶和PKC激酶超家族成员之一,在细胞生长、繁殖和细胞能量代谢过程中发挥着重要的作用。

激酶的活性调节首先是通过一系列丝氨酸/苏氨酸位点的磷酸化和去磷酸化作用实现的,生长因子、细胞因子、激素等细胞外刺激信号可引起激酶的快速活化,而生长抑制物如类固醇等则能抑制激酶的活性。

另一方面,活化的S6Ks蛋白激酶又可以将上游信号传导给多种效应底物,其中比较著名的就是核糖体蛋白S6,后者作为真核细胞中核糖体40S亚基的组成元件,通过增加具有5’末段寡嘧啶序列结构的mRNA的翻译,达到诱导多种蛋白组分合成的作用。

1核糖体蛋白S6Ks概述
S6Ks最初分离自有丝分裂剂刺激的瑞典鼠源3T3细胞系,经纯化、克隆、表达研究发现RPS6KB1基因定位在17号染色体长臂23位,由于选择性mRNA剪切和不同的翻译起始位点得到两个激酶同工型,分别命名为S6K1和S6K2。

根据核浆定位的不同又将激酶区分为核定位的S6K1 I,S6K2 I和浆定位的S6K1 II,S6K2 II,两者的主要区别在于前者的氨基末端存在有额外的核定位信号。

核浆表达转换是所有胞浆型S6K激酶具有的共同特点之一,表现为在血清饥饿的细胞中S6Ks II型主要存在于胞浆内,而当有血清或生长因子刺激时,S6K II型激酶将转入细胞核内,尽管这一改变的具体机制不甚明了,但其所存在的意义已经受到多方关注。

研究表明S6Ks在控制细胞大小、生长和繁殖中发挥着重要作用,通过协同作用方式达到组织器官的正常发展。

2S6Ks分子的活化机制
首先,在我们具体研究S6K1磷酸化信号通路之前,我们有必要简述一下S6K1蛋白的一级结构组成,以及每个引起激酶活化的磷酸化位点及其之间的相互作用方式。

S6K1蛋白激酶主要由三个部分组成(图1),他们分别是:位于羧基末端的自
主调控区,具有高度同源性的酸性氨基末端以及位于两者之间的丝氨酸/苏氨酸激酶催化区域(1)。

2.1S6K1多磷酸化位点到目前为止,在内源性S6K1蛋白激酶中已基本确定了八个主要的磷酸化位点(1)。

其中位于激酶羧基末端自主抑制区内的Ser411、Ser418、Thr421和Ser424四个磷酸化位点是最先被确定下来的,被称作S/T-P位点,在有丝分裂原刺激的S6K1活化中发挥重要作用。

这些位点具有的共同特点是在他们的+1位上有一脯氨酸而在-2位上有一疏水性氨基酸残基,这一结构可以被一系列脯氨酸作用激酶,例如Erk1和Erk2、压力活化蛋白激酶和Cdc2所识别,进而使位点得以磷酸化。

随后研究又发现了拥有相同结构特点的Ser371位点和Thr229、Thr389、Ser404位点(2),其中Thr229位于激酶活化环中而其余三者位于连接催化区和自主抑制区的激酶铰链区,这些后期发现的位点均表现出对免疫抑制剂rapamycin和真菌代谢产物wortmannin的高度敏感,在激酶活化过程中具有重要作用。

突变分析揭示Thr229、Thr389、Ser404位点有一共同特点即在它们的侧位上均有一些庞大的芳香族氨基酸,将这三个位点转变成酸性或者中性氨基酸会发现Thr229和Thr389具有重要调控作用,而Ser404仅表现一定调节功能。

同源性分析还发现Thr229、Thr389、Ser371位点以及他们所定位区域在大部分Ser/Thr激酶的AGC超家族成员中高度保守,相反地,自主抑制区以及S6K1的羧基末端结构在AGC家族的其他成员中却显著缺失。

这一不同使人们对自主抑制区在S6K1活化过程中的具体作用产生了疑问,为此多种S6K1蛋白截断体和不同位点突变体被相应构建出,用以分析在各种不同结构中,S6K1蛋白活性情况的改变。

比较突出的发现是当截断S6K1的氨基末端时,将严重影响到激酶的活性以及有丝分裂原诱导的Thr229和Thr389位点的磷酸化,而这种影响在同时移除掉激酶羧基末端或缺失掉自主抑制区的情况下得以解救。

这些结果说明自主抑制区或者说这些磷酸化位点定位的区域在调控S6K激酶活性以及Thr229和Thr389位点磷酸化的过程中起着重要作用。

2.2磷酸化调节许多研究已表明S6K蛋白激酶的活化是由多磷酸化位点级联反应,协同作用实现的,它反映出分子水平上错综而复杂的交互关系。

首先,突变掉
氨基末端的p70S6KΔN54突变体,其对有丝分裂原反应活性的降低可被羧基末端同时缺失的行为所解救(3),而突变掉羧基末端四个自主抑制S/T-P位点的行为仅可部分解救其活性损失,这说明自主抑制区在调控p70S6K蛋白活性和Thr229磷酸化水平中起重要作用却又不完全(1)。

其次当突变掉羧基末端104个氨基酸残基得p70S6KΔC104突变体,发现Thr229基础磷酸化水平有所升高而Thr389未受影响,但突变体本身却表现出低激酶活性,当受到血清刺激反应时,Thr229和Thr389的磷酸化水平均提高且相应的激酶被活化(3),这说明羧基末端的缺失将打破对Thr229磷酸化的调节却无法使激酶活化。

进一步的Thr389位点突变反应发现由谷氨酸替代Thr389可以使基础p70S6K蛋白激酶活性和Thr229的磷酸化水平得以提高,而由丙氨酸替代Thr389后则使p70S6K活性及Thr229相对于血清的磷酸化反应完全丧失(1),这可说明在p70S6K蛋白激酶中,Thr229的磷酸化受到自主抑制区和Thr389位点的协同调节作用。

此外还有相关实验发现缺失掉氨基和羧基末端的突变体p70S6K△N54△C104对rapamycin不再敏感,却保留了对wortmannin的敏感性,而缺失羧基末端的p70S6KΔC104突变体却仍然保持着对rapamycin的敏感性,将这些发现结合在一起可以得出这样的假设,rapamycin-FKBP12复合物增加了某种负性影响因子的活性,例如磷酸酶,而这一因子的活性作用正需要p70S6K的氨基末端执行其抑制功能。

相反的,在PI3K 依赖的信号通路中,则可能是某一正性影响因子受到调控,因为p70S6K△N54△C104仍保有对wortmannin的敏感性。

综上所述,我们可为p70S6K蛋白激酶活化途径建立如下一个级联模型(如图2):首先刺激信号影响自主抑制区的S/T-P位点,使其磷酸化;他们的活化将打破激酶羧基和氨基之间的相互作用,暴露出链结构区的Thr389位点,使此位点在氨基末端功能的协调下易于被磷酸化,但此时蛋白仍处于失活状态;而后Thr389位点的磷酸化将完全暴露激酶活化环中的Thr229位点,此位点的最终磷酸化将激活S6K蛋白活性,发挥其功能。